In februari 2017, de wetenschappelijke gemeenschap verheugde zich toen NASA aankondigde dat een nabije ster (TRAPPIST-1) een systeem van niet minder dan zeven rotsplaneten had. Sinds die tijd, astronomen hebben allerlei vervolgwaarnemingen en onderzoeken gedaan in de hoop meer over deze exoplaneten te weten te komen. Vooral, ze hebben geprobeerd te achterhalen of een van de planeten in de bewoonbare zones (HZ) van de sterren daadwerkelijk bewoonbaar zou kunnen zijn.

Veel van deze onderzoeken gingen over de vraag of de TRAPPIST-1-planeten voldoende water op hun oppervlak hebben. Maar net zo belangrijk is de vraag of er al dan niet een levensvatbare atmosfeer is. In een recente studie die een overzicht geeft van alle waarnemingen tot nu toe op TRAPPIST-1-planeten, ontdekte een team dat, afhankelijk van de planeet in kwestie, ze hebben waarschijnlijk een goede atmosfeer, als die er al is.

De studie, die onlangs in het tijdschrift verscheen Astrobiologie , werd uitgevoerd door een internationaal team van onderzoekers van de Geneva Astronomical Observatory (GAO), de Universiteit van Bern, het Laboratoire d'astrofysique de Bordeaux (LAB), de Astrophysics Research Group aan het Imperial College London, en het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica (LASP) aan de Universiteit van Colorado.

aanvankelijk, het was een team van astronomen van de Universiteit van Luik, België, die drie van de exoplaneten van het systeem detecteerde met behulp van transitspectroscopie. Voor deze methode is astronomen controleren sterren op dips in hun helderheid, die het resultaat zijn van planeten die voor de ster passeren ten opzichte van de waarnemer.

Het systeem kreeg de naam TRAPPIST-1 ter ere van het instrument dat werd gebruikt om ze te detecteren, de Transiting Planets and Planetesimaals Small Telescope (TRAPPIST), gelegen op het La Silla Observatorium van ESO in Chili en het Observatoire de l'Oukaïmeden in Marokko. In februari 2017, het bestaan ​​van nog vier exoplaneten werd bevestigd, evenals het feit dat er drie in een baan rond de HZ van de ster draaiden.

Sindsdien, het TRAPPIST-1-systeem is door astronomen beschouwd als een uitstekende kandidaat voor onderzoek naar exoplaneten. Daar zijn een aantal redenen voor, die Martin Turbet (een postdoctoraal onderzoeker bij de GAO en de hoofdauteur van de studie) via e-mail aan Universe Today heeft uitgelegd:

"Het TRAPPIST-1-systeem is zeer geschikt voor bewoonbaarheidsstudies, omdat het planetaire systeem dat is gemaakt van potentieel bewoonbare exoplaneten het gemakkelijkst te observeren en dus te karakteriseren is met telescopen. Dit komt voornamelijk door het feit dat (1) de TRAPPIST-1 systeem heel dichtbij is (39 lichtjaar van ons vandaan), (ii) de planeten passeren (vaak) voor hun ster, en (iii) de gastster TRAPPIST-1 is een ultrakoele dwerg met een extreem kleine straal."

Kortom, het hebben van zeven exoplaneten rond een ster betekent dat er genoeg mogelijkheden zijn om ze te zien transits maken voor de ster. Bij deze gelegenheden, astronomen zijn in staat spectra van de planeet te verzamelen terwijl het licht van de ster rond de planeet en door zijn atmosfeer gaat (een proces dat bekend staat als transmissiespectroscopie). Wetenschappers kunnen deze gegevens vervolgens onderzoeken om te bepalen welke chemische elementen aanwezig zijn.

Omdat TRAPPIST-1 een ster van het M-type (rode dwerg) is, die een lage massa heeft, koel, en relatief zwak in vergelijking met andere soorten sterren - transmissiespectroscopie verkregen van zijn planeten is minder waarschijnlijk onderhevig aan het transitlichtbroneffect (TLSE, of "stellaire besmetting"). Dit is waar spectra-uitlezingen verkregen van de planeten worden weggegooid door spectra van de ster zelf.

Echter, niet al het tot dusver uitgevoerde onderzoek was erg bemoedigend. In feite, er zijn meerdere onderzoeken uitgevoerd die aangaven dat voor sommige van de TRAPPIST-1-planeten, water kan een groot deel van hun massa uitmaken (waardoor ze "waterwerelden" worden). Daarbovenop, er is de aard van rode dwergsterren, die vatbaar zijn voor opflakkeringen die grote schade kunnen aanrichten aan de atmosfeer van hun planeten.

Echter, andere studies hebben aangetoond dat exoplaneten die rond rode dwergen draaien nog steeds bewoonbaar kunnen zijn zolang ze voldoende atmosferen en bewolking hebben om de straling het hoofd te bieden. Om de waarschijnlijkheid te beoordelen dat de TRAPPIST-1-planeten dergelijke atmosferen hadden, Turbet en zijn collega's hebben alle gegevens die tot nu toe met het TRAPPIST-1-systeem zijn verkregen, in overweging genomen.

Dit omvat transitobservaties van de planeten, evenals dichtheidsmetingen, transmissie spectroscopie, de bestralingsomgeving van het systeem, theorieën over planetaire vorming en migratie, de baanstabiliteit van de planeten, klimaatmodellering, en modellen die rekening houden met hoeveel gas de planeten aan de ruimte verliezen (ook bekend als ontsnappingsmodellen).

"We hebben alle bestaande werken over het onderwerp bekeken, variërend van waarnemingen met de beste beschikbare telescopen (Hubble Space Telescope, Spitzer Ruimtetelescoop, Zeer grote telescoop, enz.) tot de meest geavanceerde theoretische modellen zoals driedimensionale numerieke klimaatmodellen, ' zei Turbet.

Wat ze vonden was nogal bemoedigend. Voor starters, konden ze vaststellen dat de meeste TRAPPIST-1-planeten wolkenvrije, atmosferen met een laag molecuulgewicht, vergelijkbaar met hoe de oeratmosfeer van de aarde eruitzag. Tweede, ze vonden overtuigend bewijs dat die planeten die wel een atmosfeer hadden, waarschijnlijk waren samengesteld uit elementen met een hoger atoomgewicht. Turbet zei, "We hebben vastgesteld dat het onwaarschijnlijk is dat de zeven TRAPPIST-1-planeten een door waterstof gedomineerde atmosfeer hebben. We hebben ook gesuggereerd dat de atmosfeer (indien aanwezig) van de TRAPPIST-1-planeten hoogstwaarschijnlijk door koolstofdioxide wordt gedomineerd, door zuurstof gedomineerd of door water gedomineerd."

Met andere woorden, van de zeven TRAPPIST-1 planeten, degenen die een atmosfeer hebben, hebben waarschijnlijk het soort dat gunstig is voor het leven (althans zoals we het kennen). Dat betekent koolstofdioxide, een essentiële klimaatstabilisator die nodig is voor fotosynthetische organismen, zuurstof gas, stikstof, en vluchtige elementen zoals water. Het omvat ook bewolking, wat niet alleen een indicatie is van water, maar biedt bescherming tegen stellaire straling.

Helaas, Turbet en zijn collega's kunnen niet met zekerheid zeggen dat de TRAPPIST-1-planeten een atmosfeer hebben met al deze elementen. Deze studie doet, echter, beperkingen stellen aan die mogelijkheid op basis van wat we tot nu toe over het systeem weten. Uiteindelijk, weten of een van de exoplaneten in dit systeem bewoonbaar is, zal moeten wachten op telescopen van de volgende generatie. Turbet zei, "De missies van de volgende generatie - met name de James Webb Space Telescope en de nabij-infrarood spectrografen op de grond - zullen de kracht hebben om 'zware' moleculen zoals koolstofdioxide te detecteren, zuurstof, methaan, enz. en dus kunnen ze het potentieel hebben om te bepalen of de TRAPPIST-1-planeten al dan niet atmosferen hebben, en als het zo is, waar ze van gemaakt zijn."

De JWST staat gepland voor volgend jaar, terwijl op de grond gebaseerde telescopen die zijn uitgerust met spectrografen van de volgende generatie naar verwachting in de loop van dit decennium online zullen komen. Met deze en nog krachtigere instrumenten gepland voor de toekomst, astronomen verwachten eindelijk zeker te weten of hun leven buiten de aarde in onze hoek van de melkweg is.