Op slechts 40 lichtjaar afstand, 3 potentieel bewoonbare planeten

Ingebeelde weergave vanaf het oppervlak van een van de nieuw ontdekte planeten, met de ultrakoele dwergster TRAPPIST-1 op de achtergrond. Afbeelding tegoed: ESO/M. Kornmesser

Ingebeelde weergave vanaf het oppervlak van een van de nieuw ontdekte planeten, met de ultrakoele dwergster TRAPPIST-1 op de achtergrond. Afbeelding tegoed: ESO/M. Kornmesser


DoorAdam Burgasser,Universiteit van Californië, San Diego

De zoektocht naar aardachtige planeten - en leven - buiten het zonnestelsel is lange tijd sciencefiction en fantasie geweest. Maar de huidige grond- en ruimtetelescopen, uiterst nauwkeurige instrumenten en geavanceerde analysetechnieken hebben deze zoektocht tot een actief gebied van echt wetenschappelijk onderzoek gemaakt.Honderden aardse wereldenzijn de afgelopen jaren gevonden, waaronder een handvol op de juiste afstand van hun gastheerster om omstandigheden te hebben die geschikt zijn voor vloeibaar water op hun rotsachtige oppervlak. Astronomen richten zich op planeten in deze “bewoonbare zones” in de zoektocht naar leven buiten de aarde.


Nu voor het eerst, heeft ons internationale team planeten ter grootte van de aarde gevonden rond een type ster dat zo extreem is dat het een 'ultrakoele dwerg' wordt genoemd. Dit is de eerste keer dat planeten zijn gevonden rond de sterren met de laagste massa, en geeft aan dat ze de ideale jachtgebieden kunnen zijn voor bewoonbare werelden buiten het zonnestelsel.

Groottevergelijking van de zon, een ultrakoele dwergster en de planeet Jupiter. Afbeelding tegoed: Chaos-syndroom

Groottevergelijking van de zon, een ultrakoele dwergster en de planeet Jupiter. Afbeelding tegoed:Chaos syndroom

De focus verschuiven tijdens het zoeken

Astronomen zijn onlangs begonnen hun zoektocht naar aardachtige planeten te richten op heldere, zonachtige sterren op zwakkere, koelere, lichte sterren die M-dwergen worden genoemd. Deze sterren, hoewel veel talrijker in de Melkweg, zijn te zwak om met het blote oog te zien.




Toch maken hun relatief kleine diameters - minder dan de helft van de breedte van de zon - het gemakkelijker om planeten ter grootte van de aarde te detecteren die eromheen draaien met behulp van een algemene techniek genaamd dedoorvoermethode:. Een transit vindt plaats wanneer een planeet tussen ons en zijn moederster passeert, wat resulteert in een zeer lichte schijnbare verduistering van de ster omdat de planeet een deel van zijn licht blokkeert.

De uitlijning van de planeet en de ster moet precies goed zijn om een ​​transit te kunnen zien, dus de kans dat dit gebeurt is klein en gebeurt meestal alleen als de planeet heel dicht bij zijn ster draait. Gelukkig is de bewoonbare zone rond een koele M-dwerg ook dichterbij dan rond een hetere zonachtige ster, dus transiterende aardachtige planeten in deze systemen hebben een grotere kans om de omstandigheden te hebben die nodig zijn voor vloeibaar water op hun oppervlak.

Helaas beperkt de geringe hoeveelheid licht die door M-dwergen wordt uitgestraald het zoeken naar planetaire transits tot die sterren die het dichtst bij de zon staan, en vereist grotere telescopen.

TRAPPIST-1 en zijn planeten


Het is dan ook een technische en wetenschappelijke prestatie dat ons internationale team van astronomen de eerste aardachtige planeten heeft gevonden rond een van de koelste en kleinste M-dwergen in de buurt van de zon. Deze 'ultrakoele dwerg' sterren zijn slechts een tiende van de diameter van de zon en 2000 keer zwakker.

TRAPPIST-telescoop, ESO La Silla Observatory in Chili. Fotocredit: TRAPPIST

TRAPPIST-telescoop, ESO La Silla Observatory in Chili. Foto tegoed:TRAPPIST

De planeten zijn gevonden doorde transitmethode, met behulp van een faciliteit genaamdTRAPPIST(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), een telescoop van 60 cm in het La Silla Observatorium in Chili, geoptimaliseerd om te zoeken naar kleine variaties in het zwakke licht dat wordt uitgestraald door ultrakoele dwergen. De truc is om ze in nabij-infraroodlicht te volgen, een vorm van straling met golflengten die langer zijn dan het zichtbare licht dat onze ogen kunnen waarnemen (infraroodstraling wordt vaak gebruikt voor afstandsbedieningen van televisies). In het afgelopen jaar hebben mijn collega's van het TRAPPIST-team enkele tientallen ultrakoele dwergen gevolgd om te zoeken naar de zwakke transitsignalen die kenmerkend zijn voor een planeet ter grootte van de aarde, een dip van slechts één procent in het toch al zwakke licht dat ze uitstralen.

De weergave van deze kunstenaar toont een ingebeeld beeld van de drie planeten die rond een ultrakoele dwergster op slechts 40 lichtjaar van de aarde draaien. In deze weergave is een van de binnenplaneten te zien in transit over de schijf van zijn kleine en schemerige moederster. Afbeelding tegoed: M. Kornmesser/ESO

De weergave van deze kunstenaar toont een ingebeeld beeld van de drie planeten die rond een ultrakoele dwergster op slechts 40 lichtjaar van de aarde draaien. In deze weergave is een van de binnenplaneten te zien in transit over de schijf van zijn kleine en schemerige moederster. Afbeelding tegoed: M. Kornmesser/ESO


In september 2015 vonden ze hun eerste signaal van een ster die ze TRAPPIST-1 hebben genoemd, op slechts 40 lichtjaar van ons verwijderd. In de daaropvolgende maanden vonden ze meer. In totaal hebben de astronomen de aanwezigheid afgeleid van drie planeten ter grootte van de aarde, allemaal in zeer nauwe banen rond de ster, met omlooptijden ('jaren') variërend van 1,5 dag tot 73 dagen.

Om zulke korte omlooptijden te hebben, moeten de planeten extreem dicht bij hun ster staan, tussen 1/100e en 1/10e van de afstand tussen de zon en de aarde. Dit is dichter bij de zon dan Mercurius, en zo'n kleine baan zou een planeet in ons zonnestelsel verschroeien. Rond TRAPPIST-1 bevinden deze banen zich echter in en rond de bewoonbare zone.

De binnenste twee planeten ontvangen twee tot vier keer meer lichtenergie van hun ster dan de aarde van de zon ontvangt, en hoewel sterk reflecterende oppervlakken deze werelden koel genoeg kunnen maken voor vloeibaar water, lijken ze waarschijnlijk meer op Venussen - hete planeten waarin de water in de atmosfeer is verdampt – dan de aarde. Maar de derde planeet, TRAPPIST-1d, ontvangt tussen de 20 en 100 procent van het sterlicht dat de aarde van onze zon ontvangt (bezonning), dus het draait op de juiste afstand om vloeibaar water aan het oppervlak te hebben, en is potentieel een aardachtige wereld.

Een ingebeeld zicht van dichtbij een van de drie planeten die rond TRAPPIST-1 draaien. Deze werelden hebben afmetingen en temperaturen die vergelijkbaar zijn met die van Venus en de aarde, maar dat is niet alles wat nodig is om leven te ondersteunen. Afbeelding tegoed: ESO/M. Kornmesser

Een ingebeeld zicht van dichtbij een van de drie planeten die rond TRAPPIST-1 draaien. Deze werelden hebben afmetingen en temperaturen die vergelijkbaar zijn met die van Venus en de aarde, maar dat is niet alles wat nodig is om leven te ondersteunen. Afbeelding tegoed: ESO/M. Kornmesser


Het planetaire plaatje invullen

Op de juiste afstand zijn om vloeibaar oppervlaktewater te hebben, garandeert niet dat een planeet ter grootte van de aarde echt op de aarde lijkt.

Ten eerste betekent de nabijheid van deze planeten tot hun gastheerster dat ze waarschijnlijk 'getijde-opgesloten' zijn, gedwongen om met dezelfde snelheid te roteren als ze om de ster draaien, zodat één kant van de planeet in eeuwigdurende dag en één kant in eeuwigdurende nacht is . (Getijdevergrendeling is de reden waarom we altijd hetzelfde gezicht van de maan vanaf de aarde zien.) Hoewel lang werd aangenomen dat deze configuratie het bestaan ​​​​van vloeibaar oppervlaktewater zou voorkomen, suggereert recent werk dat dergelijke wereldenkan nog steeds bewoonbare gebieden hebben.

De samenstelling en circulatie van een atmosfeer, als die bestaat, speelt ook een belangrijke rol bij de bewoonbaarheid, hetzij door het weerkaatsen van stellair licht of door warmte vast te houden door het broeikaseffect.

Ten slotte kunnen zowel tektonische activiteit als het bestaan ​​van een beschermend planetair magnetisch veld een rol spelen. Tektonische krachten zijn van bijzonder belang voor de binnenste planeet, TRAPPIST-1b, die kan worden samengedrukt en uitgerekt door getijdenkrachten van de gastster, deze van binnenuit verwarmen en het soort uitgebreid vulkanisme produceren dat we op Jupiters maan Io zien.

Technici blijven werken aan de instrumentatie van de Webb-telescoop voorafgaand aan de lancering in 2018. Fotocredit: NASA/Chris Gunn

Technici blijven werken aan de instrumentatie van de Webb-telescoop voorafgaand aan de lancering in 2018. Fotocredit:NASA/Chris Gunn

De waarnemingen verkregen door TRAPPIST kunnen ons niets vertellen over deze planetaire details, maar deJames Webb Ruimtetelescoopzou ons meer moeten vertellen wanneer deze in 2018 wordt gelanceerd. Deze geavanceerde vervanging van de Hubble-ruimtetelescoop zal de gevoeligheid hebben om de nog kleineresignaal van absorptiedoor de planeten tijdens hun transit. Op dit signaal worden de chemische absorptiepatronen gedrukt van de gassen die in de atmosfeer aanwezig zijn, waaronder biogene gassen zoals zuurstof, methaan en lachgas, of vulkanische gassen zoals zwaveldioxide.

Het TRAPPIST-team begint binnenkort met de volgende fase van zijn zoektocht naar aardachtige werelden rond ultrakoele dwergen met deSPECULOOS(Zoeken naar bewoonbare planeten die ULTra-cOOl Stars verduisteren) onderzoek. Dit programma zal 500 van de dichtstbijzijnde ultrakoele dwergen in de gaten houden met behulp van vier 1-meter robottelescopen in Cerro Paranal, Chili. De bouw van de site is al aan de gang en het team kijkt ernaar uit om onze telling van nabijgelegen bewoonbare werelden rond de kleinste sterren uit te breiden.

Het gesprek

Adam Burgasser, hoogleraar natuurkunde,Universiteit van Californië, San Diego

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd opHet gesprek. Lees deorigineel artikel.

Genieten van ForVM? Schrijf u vandaag nog in voor onze gratis dagelijkse nieuwsbrief!