Niet alle sterren zijn als de zon, dus niet alle planetenstelsels kunnen met dezelfde verwachtingen worden bestudeerd. Nieuw onderzoek van een door de Universiteit van Washington geleid team van astronomen levert bijgewerkte klimaatmodellen op voor de zeven planeten rond de ster TRAPPIST-1.

Het werk zou astronomen ook kunnen helpen om planeten rond sterren in tegenstelling tot onze zon effectiever te bestuderen. en beter gebruik maken van de beperkte, dure middelen van de James Webb Space Telescope, nu naar verwachting in 2021 gelanceerd.

"We modelleren onbekende sferen, niet alleen aannemen dat de dingen die we in het zonnestelsel zien er rond een andere ster op dezelfde manier uitzien, " zei Andrew Lincowski, UW-promovendus en hoofdauteur van een paper gepubliceerd op 1 november in Astrofysisch tijdschrift . "We hebben dit onderzoek uitgevoerd om te laten zien hoe deze verschillende soorten sferen eruit zouden kunnen zien."

Het team vond, kort gezegd, dat door een extreem hete, heldere vroege stellaire fase, alle zeven werelden van de ster zijn misschien geëvolueerd zoals Venus, met alle vroege oceanen die ze mogelijk hebben verdampt en verlaten, onbewoonbare sferen. Echter, één planeet, TRAPPIST-1 e, zou een aardse oceaanwereld kunnen zijn die verdere studie waard is, zoals eerder onderzoek ook heeft uitgewezen.

TRAPPIST-1, 39 lichtjaar of ongeveer 235 biljoen mijl afstand, is ongeveer zo klein als een ster kan zijn en nog steeds een ster kan zijn. Een relatief koele "M-dwerg" -ster - het meest voorkomende type in het universum - heeft ongeveer 9 procent de massa van de zon en ongeveer 12 procent zijn straal. TRAPPIST-1 heeft een straal die maar iets groter is dan de planeet Jupiter, hoewel het veel groter is in massa.

Alle zeven planeten van TRAPPIST-1 zijn ongeveer zo groot als de aarde en drie van hen - planeten met het label e, f en g—worden verondersteld zich in de bewoonbare zone 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. TRAPPIST-1 d rijdt langs de binnenrand van de bewoonbare zone, terwijl verder weg, TRAPPIST-1 u, draait net voorbij de buitenrand van die zone.

"Dit is een hele reeks planeten die ons inzicht kan geven in de evolutie van planeten, in het bijzonder rond een ster die heel anders is dan de onze, met ander licht dat er vanaf komt, "zei Lincowski. "Het is gewoon een goudmijn."

Eerdere artikelen hebben TRAPPIST-1-werelden gemodelleerd, Lincowski zei, maar hij en dit onderzoeksteam "probeerden de meest rigoureuze fysieke modellering te doen die we konden in termen van straling en scheikunde - proberen de natuurkunde en scheikunde zo goed mogelijk te krijgen."

De stralings- en chemiemodellen van het team creëren spectrale, of golflengte, handtekeningen voor elk mogelijk atmosferisch gas, waardoor waarnemers beter kunnen voorspellen waar ze naar dergelijke gassen in de atmosfeer van exoplaneten moeten zoeken. Lincowski zei dat wanneer sporen van gassen daadwerkelijk worden gedetecteerd door de Webb-telescoop, of anderen, op een dag, "astronomen zullen de waargenomen hobbels en schommelingen in de spectra gebruiken om af te leiden welke gassen aanwezig zijn - en dat vergelijken om te werken zoals de onze om iets te zeggen over de samenstelling van de planeet, milieu en misschien zijn evolutionaire geschiedenis."

Hij zei dat mensen gewend zijn na te denken over de bewoonbaarheid van een planeet rond sterren die lijken op de zon. "Maar M-dwergsterren zijn heel anders, dus je moet echt nadenken over de chemische effecten op de atmosfeer(s) en hoe die chemie het klimaat beïnvloedt."

Het combineren van terrestrische klimaatmodellering met fotochemische modellen, de onderzoekers simuleerden milieutoestanden voor elk van TRAPPIST-1's werelden.

Hun modellering geeft aan dat:

• TRAPPIST-1 b, het dichtst bij de ster, is een brandende wereld te heet, zelfs voor wolken zwavelzuur, zoals op Venus, te vormen.
• Planeten c en d ontvangen iets meer energie van hun ster dan Venus en Aarde van de zon en zouden Venus-achtig kunnen zijn, met een dichte, onbewoonbare atmosfeer.
• TRAPPIST-1 e is de meest waarschijnlijke van de zeven om vloeibaar water te bevatten op een gematigd oppervlak, en zou een uitstekende keuze zijn voor verdere studie met het oog op bewoonbaarheid.
• De buitenste planeten f, g en h kunnen Venus-achtig zijn of bevroren zijn, afhankelijk van hoeveel water zich tijdens zijn evolutie op de planeet heeft gevormd.

Lincowski zei dat in werkelijkheid, een of alle planeten van TRAPPIST-1 kunnen op Venus lijken, met water of oceanen die lang zijn weggebrand. Hij legde uit dat wanneer water van het oppervlak van een planeet verdampt, ultraviolet licht van de ster breekt de watermoleculen af, waterstof vrijgeven, dat is het lichtste element en kan ontsnappen aan de zwaartekracht van een planeet. Dit kan veel zuurstof achterlaten, die in de atmosfeer kunnen blijven en onomkeerbaar water van de planeet kunnen verwijderen. Zo'n planeet kan een dikke zuurstofatmosfeer hebben, maar niet een die door leven wordt gegenereerd, en anders dan alles wat tot nu toe is waargenomen.

"Dit zou mogelijk zijn als deze planeten aanvankelijk meer water hadden dan de aarde, Venus of Mars, " zei hij. "Als planeet TRAPPIST-1 e niet al zijn water verloor tijdens deze fase, vandaag zou het een waterwereld kunnen zijn, volledig bedekt door een mondiale oceaan. In dit geval, het zou een klimaat kunnen hebben dat vergelijkbaar is met dat van de aarde."

Lincowski zei dat dit onderzoek meer werd gedaan met het oog op de klimaatevolutie dan om de bewoonbaarheid van de planeten te beoordelen. Hij plant toekomstig onderzoek dat zich meer richt op het modelleren van waterplaneten en hun kansen op leven.

"Voordat we wisten van dit planetenstelsel, schattingen voor de detecteerbaarheid van atmosferen voor planeten ter grootte van de aarde zagen er veel moeilijker uit, " zei co-auteur Jacob Lustig-Yaeger, een UW-promovendus sterrenkunde.

De ster is zo klein, hij zei, zal de kenmerken van gassen (zoals koolstofdioxide) in de atmosfeer van de planeet meer uitgesproken maken in telescoopgegevens.

"Ons werk informeert de wetenschappelijke gemeenschap over wat we zouden kunnen verwachten voor de TRAPPIST-1-planeten met de aankomende James Webb-ruimtetelescoop."

Lincowski's andere UW co-auteur is Victoria Meadows, hoogleraar sterrenkunde en directeur van het UW's Astrobiology Program. Meadows is ook hoofdonderzoeker voor het Virtual Planetary Laboratory van het NASA Astrobiology Institute, gevestigd aan de UW. Alle auteurs waren filialen van dat onderzoekslaboratorium.

"De processen die de evolutie van een terrestrische planeet bepalen, zijn cruciaal voor het al dan niet bewoonbaar zijn ervan, evenals ons vermogen om mogelijke tekenen van leven te interpreteren, Meadows zei. "Dit artikel suggereert dat we binnenkort in staat kunnen zijn om te zoeken naar mogelijk detecteerbare tekenen van deze processen op buitenaardse werelden."

TRAPPIST-1, in het sterrenbeeld Waterman, is vernoemd naar de op de grond gestationeerde Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, de faciliteit die in 2015 voor het eerst bewijs vond van planeten eromheen.