Nieuw onderzoek suggereert bovendien dat TRAPPIST-1e het meest op onze planeet lijkt.

Vorig jaar ontdekten onderzoekers dat de rode dwergster TRAPPIST-1 maar liefst zeven planeten herbergt die ongeveer net zo groot zijn als de aarde. Sinds die ontdekking is het stelsel – dat op zo’n 40 lichtjaar afstand van de aarde staat – intensief bestudeerd. Bijvoorbeeld met behulp van ruimtetelescopen Spitzer en Kepler, maar ook met observatoria op aarde, zoals de Very Large Telescope in Chili. Wetenschappers hebben nu alle gegevens die deze observaties hebben opgeleverd met behulp van zeer complexe computermodellen geanalyseerd. En op basis van dat onderzoek kunnen ze meer zeggen over de massa en samenstelling van de zeven planeten.

Computermodel
“De planeten van TRAPPIST-1-planeten bevinden zich zo dicht bij elkaar dat ze elkaar gravitationeel beïnvloeden, waardoor de tijdstippen waarop ze voor hun ster langs trekken een beetje verschuiven,” legt onderzoeker Simon Grimm uit. “Deze verschuivingen zijn afhankelijk van de massa’s, afstanden en andere baanparameters van de planeten. Met een computermodel simuleren we de planeetbanen net zo lang totdat de berekende tijdstippen van de planeetovergangen in overeenstemming zijn met de waargenomen waarden. Daaruit kunnen we dan afleiden welke massa’s bij de planeten horen.”

Deze artistieke impressie toont de planeten die rond TRAPPIST-1 cirkelen in vergelijking met de aarde. Afbeelding: ESO / M. Kornmesser.

Gesteente en water
Het onderzoek wijst uit dat alle planeten grotendeels uit gesteenten bestaan. Bovendien zijn er aanwijzingen gevonden dat ze aanzienlijke hoeveelheden vluchtig materiaal herbergen. Waarschijnlijk gaat het om water. Sommige planeten lijken tot wel 5 procent uit water te bestaan. Het zou betekenen dat ze ongeveer 250 keer zoveel water herbergen als de oceanen op onze planeet!

TRAPPIST-1b, -c en -d
Volgens de onderzoekers hebben de binnenste twee planeten die het stelsel rijk is – TRAPPIST-1b en -c genoemd – waarschijnlijk een rotsachtige kern. Ook zouden ze een atmosfeer bezitten die een veel grotere dichtheid heeft dan die van de aarde. TRAPPIST-1d lijkt de lichtste van het hele stel, met een massa die ongeveer 30% van de massa van de aarde uitmaakt. Onduidelijk is nog hoe deze planeet er precies uitziet. Mogelijk heeft deze een omvangrijke atmosfeer. Een andere mogelijkheid is dat deze een ijsmantel of oceaan bezit.

Deze artistieke impressie laat enkele planeten zien die rond de zeer koele rode dwergster TRAPPIST-1 cirkelen. Afbeelding: ESO / M. Kornmesser.

TRAPPIST-1e
Verder wijst het onderzoek uit dat TRAPPIST-1e de enige planeet in het stelsel is met een iets grotere dichtheid dan de aarde. Het wijst er voorzichtig op dat deze planeet een ijzeren kern bezit en niet per se een enorm atmosfeer of oceaan of ijslaag herbergt. Zowel qua grootte als dichtheid en de hoeveelheid straling die deze van zijn ster ontvangt, doet TRAPPIST-1e het meest aan de aarde denken. De onderzoekers sluiten ook zeker niet uit dat op deze planeet vloeibaar water te vinden is.

TRAPPIST-1f, -g en -h
De overige drie planeten zijn zo ver van hun moederster verwijderd dat eventueel water op het oppervlak gedoemd is om te bevriezen. Als de planeten een dunne atmosfeer bezitten, lijkt het de onderzoekers onwaarschijnlijk dat deze zware moleculen bevatten – zoals bijvoorbeeld koolstofdioxide dat we wel in de aardatmosfeer aantreffen.

Verrassingen
Al met al levert het onderzoek aardig wat verrassingen op. “Het is interessant dat de planeten met de hoogste dichtheid niet degene zijn die zich het dichtst bij de ster bevinden en dat de koudere planeten geen dikke atmosferen kunnen hebben,” stelt onderzoeker Caroline Dorn. Tegelijkertijd blijft die ene prangende vraag onbeantwoord. “Hoewel dichtheden belangrijke aanwijzingen zijn voor de samenstellingen van de planeten, zegt dat niets over hun leefbaarheid,” aldus onderzoeker Brice-Olivier Demory.

Een schematische weergave van het TRAPPIST-1-systeem. Eronder zie je ter vergelijking het zonnestelsel. Te zien is dat de zeven planeten dichter rond hun ster cirkelen dan Mercurius rond de zon. Toch bevinden zeker drie van de zeven planeten (TRAPPIST-1e, -f en -g) zich in de leefbare zone. Het is te danken aan het feit dat TRAPPIST-1 een koele rode dwerg is. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Gelijktijdig met het onderzoek van Dorn en collega’s is een tweede studie over de TRAPPIST-planeten gepubliceerd. In deze studie staan de atmosferen van de planeten TRAPPIST-1d, -e, -f en -g centraal. Dat is een bewuste keuze: drie van deze planeten bevinden zich in de leefbare zone – en kunnen dus vloeibaar water herbergen – en het vierde exemplaar bevindt zich op het binnenste randje van die leefbare zone. Met behulp van ruimtetelescoop Hubble zijn de atmosferen van deze vier planeten uitgebreid bestudeerd. Het levert een aantal interessante aanwijzingen op. Zo kunnen de onderzoekers uitsluiten dat TRAPPIST-1d, -e, en -f een wolkenloze, waterstofrijke atmosfeer bezitten. Voor de vierde planeet kan dat niet worden uitgesloten. “De aanwezigheid van een opgeblazen, door waterstof gedomineerde atmosfeer zou erop wijzen dat deze planeten meer lijken op gaswerelden, zoals Neptunus,” legt onderzoeker Julien de Wit uit. “Het gebrek aan waterstof in hun atmosferen onderschrijft theorieën die stellen dat de planeten rotsachtig zijn. Deze ontdekking brengt ons een stap dichter bij het vaststellen of deze planeten vloeibaar water herbergen op hun oppervlak. Iets wat ze in staat zou stellen om levende organismen te herbergen.” Het onderzoek toont aan dat Hubble in staat is om de atmosferen van aardachtige planeten te bestuderen. Maar daar is ook echt alles mee gezegd. De onderzoekers benadrukken dat de telescoop op de toppen van zijn kunnen presteerde, toen deze de atmosferen van de TRAPPIST-planeten bestudeerde. Echt interessant wordt het dan ook als de opvolger van Hubble aan de slag gaat: de James Webb-telescoop. Met deze telescoop kunnen we nog dieper en nauwkeuriger in de atmosferen van andere planeten gluren. “Dat stelt ons in staat om op zoek te gaan naar zwaardere gassen, zoals koolstof, methaan, water en zuurstof, wat weer aanwijzingen kunnen zijn voor de aanwezigheid van leven,” aldus onderzoeker Michael Gillon.