Nieuw onderzoek van astronomen aan de Universiteit van Washington gebruikt het intrigerende TRAPPIST-1 planetaire systeem als een soort laboratorium om niet de planeten zelf te modelleren, maar hoe de komende James Webb-ruimtetelescoop hun atmosferen zou kunnen detecteren en bestuderen, op weg naar het zoeken naar leven buiten de aarde.

De studie, onder leiding van Jacob Lustig-Yaeger, een UW-promovendus in de sterrenkunde, vindt dat de James Webb-telescoop, gepland voor lancering in 2021, zou in staat zijn om belangrijke informatie over de atmosferen van de TRAPPIST-1-werelden te leren, zelfs in het eerste jaar van gebruik, tenzij - zoals een oud lied gaat - wolken in de weg staan.

"De Webb-telescoop is gebouwd, en we hebben een idee hoe het zal werken, " zei Lustig-Yaeger. "We hebben computermodellering gebruikt om de meest efficiënte manier te bepalen om de telescoop te gebruiken om de meest elementaire vraag te beantwoorden die we willen stellen, dat is:zijn er zelfs atmosferen op deze planeten, of niet?"

Zijn papier, "De detecteerbaarheid en karakterisering van de TRAPPIST-1 exoplaneetatmosferen met JWST, " werd in juni online gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift .

Het TRAPPIST-1-systeem, 39 lichtjaar - of ongeveer 235 biljoen mijl - weg in het sterrenbeeld Waterman, interesseert astronomen vanwege de zeven in een baan om de aarde draaiende rotsachtige, of aardachtig, planeten. Drie van deze werelden bevinden zich in de bewoonbare zone van de ster - die strook ruimte rond een ster die precies goed is om vloeibaar water op het oppervlak van een rotsachtige planeet toe te laten, daarmee het leven een kans geven.

De ster, TRAPPIST-1, was veel heter toen het werd gevormd dan nu, die alle zeven planeten aan de oceaan zou hebben onderworpen, ijs en atmosferisch verlies in het verleden.

"Er is op dit moment een grote vraag in het veld of deze planeten zelfs atmosferen hebben, vooral de binnenste planeten, " zei Lustig-Yaeger. "Zodra we hebben bevestigd dat er atmosferen zijn, wat kunnen we dan leren over de atmosfeer van elke planeet - de moleculen waaruit het bestaat?"

Gezien de manier waarop hij suggereert dat de James Webb Space Telescope zou kunnen zoeken, het zou in vrij korte tijd veel kunnen leren, dit blad vindt.

Astronomen detecteren exoplaneten wanneer ze voor hun gastheerster passeren of "doorgaan", resulterend in een meetbare dimming van sterrenlicht. Planeten die dichter bij hun ster staan, passeren vaker en zijn dus iets gemakkelijker te bestuderen. Wanneer een planeet zijn ster passeert, een beetje van het licht van de ster gaat door de atmosfeer van de planeet, waarmee astronomen kunnen leren over de moleculaire samenstelling van de atmosfeer.

Lustig-Yaeger zei dat astronomen kleine verschillen in de grootte van de planeet kunnen zien als ze in verschillende kleuren kijken. of golflengten, van licht.

"Dit gebeurt omdat de gassen in de atmosfeer van de planeet licht alleen bij zeer specifieke kleuren absorberen. Aangezien elk gas een unieke 'spectrale vingerafdruk' heeft, ' we kunnen ze identificeren en beginnen met het samenstellen van de samenstelling van de atmosfeer van de exoplaneet."

Lustig-Yaeger zei dat de modellering van het team aangeeft dat de James Webb-telescoop, met behulp van een veelzijdige tool aan boord genaamd de Near-Infrared Spectrograph, zou de atmosferen van alle zeven TRAPPIST-1-planeten kunnen detecteren in 10 of minder transits - als ze een wolkenvrije atmosferen hebben. En natuurlijk weten we niet of ze wel of geen wolken hebben.

Als de planeten TRAPPIST-1 dik zijn, globaal omhullende wolken zoals Venus doet, het detecteren van atmosferen kan tot 30 transits duren.

"Maar dat is nog steeds een haalbaar doel, " zei hij. "Het betekent dat zelfs in het geval van realistische wolken op grote hoogte, de James Webb-telescoop zal nog steeds in staat zijn om de aanwezigheid van atmosferen te detecteren - die vóór onze paper niet bekend was."

Er zijn de afgelopen jaren veel rotsachtige exoplaneten ontdekt, maar astronomen hebben hun atmosfeer nog niet gedetecteerd. De modellering in dit onderzoek, Lustig-Yaeger zei:"toont aan dat, voor dit TRAPPIST-1 systeem, het detecteren van terrestrische exoplaneetatmosferen is aan de horizon met de James Webb Space Telescope - misschien ruim binnen zijn primaire missie van vijf jaar."

Het team ontdekte dat de Webb-telescoop tekenen kan detecteren dat de TRAPPIST-1-planeten in het verleden grote hoeveelheden water hebben verloren, toen de ster veel heter was. Dit zou kunnen leiden tot gevallen waarin abiotisch geproduceerde zuurstof - niet representatief voor het leven - een atmosfeer van een exoplaneet vult, wat een soort "vals positief" voor het leven zou kunnen geven. Als dit het geval is met TRAPPIST-1-planeten, de Webb-telescoop kan die mogelijk ook detecteren.

de co-auteurs van Lustig-Yaeger, zowel bij de UW, zijn astronomieprofessor Victoria Meadows, die ook hoofdonderzoeker is voor het op UW gebaseerde Virtual Planetary Laboratory; en astronomie-doctoraatsstudent Andrew Lincowski. Het werk volgt, gedeeltelijk, op eerder werk van Lincowski dat mogelijke klimaten modelleert voor de zeven TRAPPIST-1-werelden.

"Door deze studie te doen, we hebben gekeken naar:Wat zijn de beste scenario's voor de James Webb Space Telescope? Waartoe zal het in staat zijn? Omdat er zeker meer planeten ter grootte van de aarde zullen worden gevonden voordat het in 2021 wordt gelanceerd."

Het onderzoek werd gefinancierd door een subsidie ​​van het Virtual Planetary Laboratory-team van het NASA Astrobiology Program, als onderdeel van het Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) onderzoekscoördinatienetwerk.

Lustig-Yaeger voegde toe:"Het is in theorie moeilijk om een ​​planetair systeem voor te stellen dat beter geschikt is voor James Webb dan TRAPPIST-1."