De zeven planeten zijn qua grootte vergelijkbaar met de aarde en drie ervan bevinden zich bovendien in de leefbare zone!

Dat hebben astronomen zojuist bekend gemaakt. Ze ontdekten de zeven planeten met behulp van telescopen in de ruimte en op aarde, waaronder de Very Large Telescope (VLT) en ruimtetelescoop Spitzer.

In de overgang

Wanneer de zeven planeten – gezien vanaf de aarde – voor TRAPPIST-1 – langs bewegen, neemt de helderheid van de ster iets af. Voor astronomen is het observeren van dergelijke ‘planeetovergangen’ heel interessant, omdat ze tijdens zo’n overgang meer te weten kunnen komen over de afmetingen, omloopbanen en samenstellingen van de planeten. Zo ontdekten ze niet alleen dat zes van de zeven planeten rotsachtig zijn, maar ook dat deze qua temperatuur aan de aarde doen denken.

TRAPPIST-1
Het draait allemaal – letterlijk – om de ultrakoele dwergster TRAPPIST-1. Deze ster is slechts 40 lichtjaar van ons verwijderd en blijkt dus zeven(!) planeten te bezitten. En alle zeven planeten zijn qua grootte vergelijkbaar met de aarde (zie kader). Zes van de planeten (de binnenste exemplaren) zijn zeer waarschijnlijk rotsachtig en ook qua temperatuur vergelijkbaar met de aarde. Drie ervan bevinden zich bovendien in de leefbare zone. “Dit is een verbazingwekkend planetenstelsel,” vindt onderzoeker Michaël Gillon. “Niet alleen omdat we zoveel planeten hebben ontdekt, maar ook omdat ze stuk voor stuk ongeveer zo groot zijn als de aarde.”

Lekker dichtbij
De planeten hebben de namen TRAPPIST-1b, -c, -d, -e, -f, -g en -h gekregen. TRAPPIST-1b staat het dichtst bij de ster, TRAPPIST-1h is het verst van de ster verwijderd. De planeten draaien in een nauwe baan om de ster heen: hun omloopbanen zijn veel kleiner dan die van Mercurius, de planeet die in ons zonnestelsel het dichtst bij de zon staat. Je zou misschien denken dat het snikheet is op de planeten, omdat ze zo dicht bij hun ster staan. Maar vergeet niet dat TRAPPIST-1 geen zonachtige ster is. Het is een ultrakoele dwergster. De ster is nauwelijks groter dan de planeet Jupiter en geeft lang niet zoveel energie af als onze zon. Het betekent bijvoorbeeld dat de planeten TRAPPIST-1c, -d en -f ongeveer net zoveel energie opvangen als Venus, de aarde en Mars (in die volgorde).

De omloopbanen van de zeven planeten in vergelijking met de omloopbanen van de vier grote manen van Jupiter. De omloopbaan van Mercurius is nog zes keer verder van de zon verwijderd dan TRAPPIST-1h van TRAPPIST-1 verwijderd is. Afbeelding: ESO / O. Furtak.

Water
Het brengt ons natuurlijk op de volgende interessante vraag: is er op deze zeven planeten dan misschien water te vinden? “De energieproductie van dwergsterren als TRAPPIST-1 is veel geringer dan die van onze zon,” vertelt onderzoeker Amaury Triaud. “Om water op hun oppervlak te kunnen hebben, moeten planeten veel kleinere omloopbanen volgen dan we in ons zonnestelsel gewend zijn. Gelukkig lijkt TRAPPIST-1 door precies zo’n compacte configuratie van planeten omgeven te zijn.” Het betekent niet dat op alle planeten vloeibaar water te vinden is. Zo zijn TRAPPIST-1b, -c en -d waarschijnlijk te heet om vloeibaar water te bezitten. TRAPPIST-1h is waarschijnlijk weer te koud (waardoor eventueel water bevriest). Helemaal zeker weten de onderzoekers dat laatste echter niet. Ze kunnen namelijk niet uitsluiten dat op deze planeet alternatieve warmteprocessen optreden. Een voorbeeld van zo’n warmteproces is getijdenopwarming. Hierbij warmt de planeet op doordat deze door toedoen van de zwaartekracht van de ster van vorm verandert. Ook een waterstofrijke atmosfeer zou het warmteverlies van de planeet zodanig kunnen beperken dat deze warm genoeg is om vloeibaar water te bevatten. Dergelijke capriolen hoeven de planeten TRAPPIST-1e, -f en -g waarschijnlijk niet uit te halen. Zij bevinden zich namelijk in de leefbare zone: een denkbeeldige zone rond TRAPPIST-1 waarin de temperaturen hoog genoeg zijn om te voorkomen dat eventueel vloeibaar water op het oppervlak van de planeten bevriest, maar niet zo hoog dat eventueel vloeibaar water verdampt. Op deze drie planeten zouden in theorie dus oceanen te vinden kunnen zijn.

Hier zie je de omloopbanen van de zeven planeten. De omloopbaan van TRAPPIST-1h is nog niet helemaal bekend. Het grijze vlak staat symbool voor de leefbare zone. Waar de grenzen van de leefbare zone liggen, is niet helemaal duidelijk. Daar zijn verschillende theorieën over. De streepjeslijnen die je in dit grijze vlak ziet staan, zijn alternatieve grenzen van deze leefbare zone die op andere theoretische aannames gebaseerd zijn. Afbeelding: ESO / M. Gillon et al.

Leven?
Het moge duidelijk zijn dat onderzoekers niet kunnen wachten tot ze een gedetailleerder beeld krijgen van deze zeven planeten en dan met name van de drie exemplaren in de leefbare zone. Want is er op deze planeten wellicht ook leven? “Eerst zullen we moeten onderzoeken of deze planeten überhaupt een atmosfeer hebben,” vertelt professor Ignas Snellen, niet betrokken bij het onderzoek, aan Scientias.nl. “Als een planeet voor de ster langstrekt sijpelt er ook een klein beetje sterlicht door de planeetatmosfeer heen, waardoor er in sommige kleuren absorptie optreedt. Door deze kleuren precies te meten kunnen we achterhalen wat voor gassen er in de atmosfeer voorkomen. In de dampkring van de aarde zit bijvoorbeeld zuurstof dat hier alleen maar zit omdat het door plantenleven wordt aangemaakt – zonder leven geen zuurstof. Zo zou een detectie van zuurstof op een andere planeet ook een eerste aanwijzing voor biologische activiteit kunnen zijn.”

Dit plaatje laat zien hoe groot TRAPPIST-1 in vergelijking met de zon en Jupiter is. De ster heeft ongeveer 1/8 van de massa van onze zon en is qua grootte vergelijkbaar met Jupiter. Ook de omvang van de planeten worden vergeleken met de omvang van enkele planeten in ons zonnestelsel en de manen van Jupiter. Afbeelding: ESO / O. Furtak.

Meer tijd
Dat de ster waar deze planeten omheen draaien anders is dan onze zon hoeft in feite geen belemmering te zijn voor het ontstaan van leven op de planeten. Sterker nog: het kan een voordeel zijn. “Kleine rode dwergsterren worden enorm oud – 1000 keer ouder dan de zon,” vertelt Snellen. “Dus er is in ieder geval wel veel meer tijd om leven te vormen.”

De zon vergeleken met TRAPPIST-1. Afbeelding: ESO.

Bijzonder
Of er nu leven is of niet: TRAPPIST-1 heeft ons in ieder geval versteld doen staan. Want het overvolle planetenstelsel is in meerdere opzichten bijzonder. Zo is er nog niet eerder een stelsel ontdekt dat zoveel planeten telt die qua omvang vergelijkbaar zijn met de aarde en zich ook nog eens in de leefbare zone bevinden. Wat ook bijzonder is, is dat er nog nooit zoveel exoplaneten ontdekt zijn die vrijwel in resonantie zijn met elkaar. Wat betekent dat? De onderzoekers keken hoe de omlooptijd – de tijd die een planeet nodig heeft om een rondje rond de ster te voltooien – van de verschillende planeten zich tot elkaar verhield. Uit dat onderzoek blijkt dat de verhouding tussen de omlooptijden van de binnenste zes planeten uit te drukken is in gehele getallen (bijvoorbeeld 5:3 en 3:2). Het suggereert dat de planeten op grotere afstand van de ster zijn ontstaan en later naar de ster toe zijn gereisd. Als dat inderdaad het geval is, zou het kunnen betekenen dat de planeten veel vluchtige stoffen bevatten en is er een gerede kans dat ze omringd worden door een atmosfeer en water (of ijs) op hun oppervlak hebben liggen. Op de vraag wat Snellen het meest verrast heeft aan dit stelsel, antwoordt hij: “Dat het stelsel zo veel op Jupiter en haar manen lijkt – maar dan in massa 80 keer zwaarder is zodat de manen aard-massa planeten zijn, en Jupiter een kleine dwergster. Het lijkt erop dat het Jupiter-systeem en TRAPPIST-1 op dezelfde wijze gevormd zijn.”

Een artistieke impressie van het planetenstelsel. Je ziet de ster TRAPPIST-1 op de achtergrond staan. Op de voorgrond de planeten. Uit het plaatje blijkt ook dat de binnenste drie waarschijnlijk te warm zijn om vloeibaar water te bezitten. De andere planeten – op de buitenste planeet na, want die is waarschijnlijk te koud – lijken de juiste temperatuur te hebben om vloeibaar water te bezitten. Afbeelding: NASA / R. Hurt / T. Pyle.

Met de ontdekking van dit planetenstelsel zijn ons weer een aantal nieuwe aardachtige planeten bekend. Maar het tweelingbroertje van de aarde hebben we nog steeds niet gevonden. Dat kan ook nog wel even duren, denkt Snellen. “Met de huidige telescopen lukt dit niet, maar waarschijnlijk wel met PLATO-missie van ESA welke in 2024 gelanceerd gaat worden. Deze kan planeetovergangen van rotsachtige planeten in aardbanen gaan zien rond zonachtige sterren.” TRAPPIST-1 is dan ook zeer waarschijnlijk niet het laatste wereldnieuws dat uit de koker van astronomen komt.