Een internationaal team van astronomen onder leiding van de Universiteit van Washington heeft gegevens gebruikt die zijn verzameld door de Kepler Space Telescope om details van de buitenste van de zeven exoplaneten die rond de ster TRAPPIST-1 draaien, te observeren en te bevestigen.

Ze bevestigden dat de planeet, TRAPPIST-1u, draait elke 18,77 dagen om zijn ster, is in zijn baan verbonden met zijn broers en zussen en is ijskoud. Ver van zijn gastster, de planeet is waarschijnlijk onbewoonbaar, maar dat is misschien niet altijd zo geweest.

UW-promovendus Rodrigo Luger is hoofdauteur van een artikel dat op 22 mei in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurastronomie .

"TRAPPIST-1h was precies waar ons team het had voorspeld, " zei Luger. De onderzoekers ontdekten een wiskundig patroon in de omlooptijden van de binnenste zes planeten, wat sterk suggereerde van een periode van 18,77 dagen voor planeet h.

"Ik maakte me een tijdje zorgen dat we zagen wat we wilden zien. De dingen zijn bijna nooit precies zoals je verwacht op dit gebied - er zijn meestal verrassingen om elke hoek, maar theorie en observatie kwamen in dit geval perfect overeen."

TRAPPIST-1 is een middelbare leeftijd, ultra koele dwergster, veel minder lichtgevend dan de zon en slechts een beetje groter dan de planeet Jupiter. De ster, die bijna 40 lichtjaar of ongeveer 235 biljoen mijl verwijderd is in het sterrenbeeld Waterman, is vernoemd naar de op de grond gebaseerde Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST), de faciliteit die in 2015 voor het eerst bewijs vond van planeten eromheen.

De TRAPPIST-enquête wordt geleid door Michael Gillon van de Universiteit van Luik, België, die ook co-auteur is van dit onderzoek. in 2016, Het team van Gillon kondigde de detectie aan van drie planeten in een baan rond TRAPPIST-1 en dit aantal werd verhoogd tot zeven in een volgend artikel uit 2017. Drie van de planeten van TRAPPIST-1 lijken zich binnen de bewoonbare zone van de ster te bevinden, die strook ruimte rond een ster waar een rotsachtige planeet vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen hebben, daarmee het leven een kans geven.

Dergelijke exoplaneten worden gedetecteerd tijdens hun transit, of passeren voor, hun gastster, een meetbaar deel van het licht blokkeren. Het team van Gillon kon slechts één enkele transit waarnemen voor TRAP-PIST-1h, de verst verwijderde van de zeven nakomelingen van de ster, voorafgaand aan de gegevens die zijn geanalyseerd door het team van Luger.

Luger leidde een internationaal onderzoeksteam met meerdere instellingen dat het TRAPPIST-1-systeem nauwkeuriger bestudeerde met behulp van 79 dagen observatiegegevens van K2, de tweede missie van de Kepler Space Telescope. Het team kon vier transits van TRAPPIST-1h door zijn ster observeren en bestuderen.

Het team gebruikte de K2-gegevens om de banen van de andere zes planeten verder te karakteriseren, de aanwezigheid van extra transiterende planeten helpen uitsluiten, en bepaal de rotatieperiode en het activiteitsniveau van de ster. Ze ontdekten ook dat de zeven planeten van TRAPPIST-1 met elkaar verbonden lijken in een complexe dans die bekend staat als een orbitale resonantie, waarbij hun respectieve omlooptijden wiskundig gerelateerd zijn en elkaar enigszins beïnvloeden.

"Resonanties kunnen lastig te begrijpen zijn, vooral tussen drie lichamen. Maar er zijn eenvoudiger gevallen die gemakkelijker uit te leggen zijn, " zei Luger. Bijvoorbeeld, dichter bij huis, Jupiters manen Io, Eu-ropa en Ganymedes zijn ingesteld in een 1:2:4 resonantie, wat betekent dat de omlooptijd van Europa precies twee keer zo groot is als die van Io, en die van Ganymedes is precies het dubbele van die van Europa.

Deze relaties, Luger zei, suggereerde dat door het bestuderen van de baansnelheden van zijn buurplaneten ze de exacte baansnelheid konden voorspellen, en dus ook de omlooptijd, van TRAP-PIST-1h zelfs vóór de K2-waarnemingen. Hun theorie bleek correct toen ze de planeet in de K2-gegevens lokaliseerden.

TRAPPIST-1's keten van resonanties met zeven planeten vestigde een record onder bekende planetaire systemen, de vorige houders waren de systemen Kepler-80 en Kepler-223, elk met vier resonante planeten. De resonanties zijn "zelfcorrigerend, "Lugger zei, zodat als een planeet op de een of andere manier uit zijn koers zou worden geduwd, het zou meteen weer in resonantie vallen. "Als je eenmaal gevangen zit in dit soort stabiele resonantie, het is moeilijk om te ontsnappen, " hij zei.

Alles van dit, Luger zei, geeft aan dat deze orbitale verbindingen vroeg in het leven van het TRAPPIST-1-systeem werden gesmeed, toen de planeten en hun banen niet volledig waren gevormd.

"De resonantiestructuur is geen toeval, en wijst op een interessante dynamische geschiedenis waarin de planeten waarschijnlijk in lock-step naar binnen migreerden, "Zei Luger. "Dit maakt het systeem een ​​geweldige proeftuin voor planeetvorming en migratietheorieën."

Het betekent ook dat, hoewel TRAPPIST-1h nu extreem koud is - met een gemiddelde temperatuur van 173 Kelvin (minus 148 F) - het waarschijnlijk enkele honderden miljoenen jaren in een veel warmere staat heeft doorgebracht, toen zijn gastster jonger en helderder was.

"We kunnen daarom kijken naar een planeet die ooit bewoonbaar was en sindsdien is bevroren, wat geweldig is om over na te denken en geweldig voor vervolgonderzoeken, ' zei Luger.

Luger zei dat hij al een tijdje met gegevens van de K2-missie werkt, manieren onderzoeken om "instrumentele ruis" in zijn gegevens te verminderen als gevolg van gebroken reactiewielen - kleine vliegwielen die helpen bij het positioneren van het ruimtevaartuig - die planetaire signalen kunnen overweldigen.

"Het observeren van TRAPPIST-1 met K2 was een ambitieuze taak, " zei Marko Sestovic, een doctoraatsstudent aan de Universiteit van Bern en tweede auteur van de studie. Naast de externe signalen die door het wiebelen van het ruimtevaartuig worden geïntroduceerd, de zwakte van de ster in het optische (het golflengtebereik waar K2 waarneemt) plaatste TRAPPIST-1h "in de buurt van de limiet van wat we konden detecteren met K2, "zei hij. Om het nog erger te maken, Sestovic zei, één transit van de planeet viel samen met een transit van TRAPPIST-1b, en één viel samen met een stellaire gloed, toe te voegen aan de moeilijkheid van de observatie. "Het vinden van de planeet was echt bemoedigend, "Lugger zei, "omdat het aantoonde dat we ondanks belangrijke instrumentele uitdagingen nog steeds hoogwaardige wetenschap met Kepler kunnen doen."

Luger's UW co-auteurs zijn astronomie-doctoraatsstudenten Ethan Kruse en Brett Morris, postdoctoraal onderzoeker Daniel Foreman-Mackey en professor Eric Agol (Guggenheim Fellow). Agol hielp afzonderlijk de geschatte massa van TRAPPIST-1-planeten te bevestigen met een techniek die hij en collega's bedachten, genaamd "transit-timingsvariaties", die de zwaartekrachtsleepboten van planeten op elkaar beschrijft.

Luger zei dat de relatieve nabijheid van het TRAPPIST-1-systeem "het een belangrijk doelwit maakt voor follow-up en karakterisering met huidige en toekomstige telescopen, which may be able to give us information about these planets' atmospheric composition."