TRAPPIST-1 Planeten wahrscheinlich reich an Wasser

Ein erster Blick auf das, woraus erdgroße Exoplaneten bestehen könnten.
Eine neue Studie hat herausgefunden, dass die Planeten um den Stern TRAPPIST-1 großteils aus Gestein bestehen und einige könnten sogar mehr Wasser haben als die Erde. Die Dichte der Planeten deutet daraufhin, dass sie zu 5 Prozent aus Wasser bestehen. Die heißeren Planeten, die auf engeren Bahnen ihren Mutterstern umkreisen, haben eine dichte, feuchtheiße Atmosphäre und die weiter entfernten Planeten vermutlich eine eisige Oberfläche.

Planeten um den 40 Lichtjahre entfernten leuchtschwachen roten Stern TRAPPIST-1 wurden erstmals 2016 vom TRAPPIST-Süd-Teleskop am La Silla Observatorium entdeckt. Im darauf folgenden Jahr haben weitere Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen, darunter ESOs Very Large Teleskop und NASAs Spitzer Weltraumteleskop ergeben, dass es nicht weniger als sieben Planeten in diesem System gibt, von denen jeder ungefähr die gleiche Größe wie die Erde hat. Sie heißen TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g und h mit zunehmenden Abstand vom Zentralstern.

Weitere Beobachtungen wurden nun gemacht, sowohl mit erdgebundenen Teleskopen, einschließlich der fast vollständigen SPECULOOS-Anlage am Paranal-Observatorium der ESO als auch von NASAs Weltraumteleskopen Spitzer und Kepler. Ein Forscherteam um Simon Grimm von der Universität Bern in der Schweiz hat nun sehr komplexe Computer-Modellierungsmethoden auf alle verfügbaren Daten angewendet und die Dichte der Planeten mit wesentlich größerer Genauigkeit bestimmt als dies bisher möglich war.

Simon Grimm erklärt, wie die Massen gefunden wurden. “Die TRAPPIST-1 Planeten sind so nahe beieinander, dass sie sich gravitativ gegenseitig stören, so dass die Zeiten, in denen sie sich vor dem Stern bewegen, leicht verschoben sind. Aus diesen Verschiebungen lassen sich die Massen der Planeten, ihre Abstände und andere Bahnparameter bestimmen. Mit einem Computermodell simulierten wir die Umlaufbahnen der Planeten, bis die berechneten Transits mit den beobachteten Werten übereinstimmten und wir die Planetenmassen somit ableiten konnten.“

Teammitglied Eric Agol kommentiert die Bedeutung wie folgt: “Ein Ziel von Exoplaneten-Studien ist seit einiger Zeit, die Zusammensetzung von erdähnlichen Planeten sowie Größe und Temperatur zu untersuchen. Die Entdeckung von TRAPPIST-1 und die Fähigkeiten der ESO-Anlagen in Chile und des Spitzer Weltraumteleskops der NASA haben das möglich gemacht – und geben uns einen ersten Einblick in das, woraus erdgroße Exoplaneten bestehen!“

Die Messungen von den Dichten, wenn sie mit Modellen der Planeten-Zusammensetzungen kombiniert werden, legen stark nahe, dass die sieben TRAPPIST-1 Planeten keine unfruchtbaren Gesteins-Welten sind. Sie scheinen erhebliche Mengen an flüchtigem Material zu enthalten, wahrscheinlich Wasser, das in einigen Fällen bis zu 5 % der Masse des Planeten ausmacht – eine riesige Menge. Zum Vergleich: Die Erde hat nur etwa 0,02% Wasser.

„Obwohl die Dichte von Planeten wichtige Hinweise auf ihre Zusammensetzungen sind, sagen sie nichts über deren Bewohnbarkeit aus. Jedoch ist unsere Studie ein wichtiger Schritt vorwärts, während wir weiter erforschen, ob diese Planeten das Leben unterstützen könnten“, sagte Brice-Olivier Denory, Co-Autor an der Universität Bern.

TRAPPIST-1b und c, die innersten Planeten, haben wahrscheinlich Gesteins-Kerne und sind von Atmosphären umgeben, die viel dicker sind als die Erdatmosphäre. TRAPPIST-1d ist mit etwa 30 Prozent der Erdmasse der masseärmste der Planeten. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, ob er eine große Atmosphäre, einen Ozean oder eine Eisschicht hat.

Die Wissenschaftler waren überrascht, dass TRAPPIST-1e der einzige Planet im System ist, der eine etwas größere Dichte hat als die Erde, was darauf hindeutet, dass er einen dichteren Eisenkern hat und nicht unbedingt eine dicke Atmosphäre, einen Ozean oder eine Eisschicht. Es ist mysteriös, dass TRAPPIST-1e in seiner Zusammensetzung so viel steiniger erscheint als der Rest der Planeten. In Bezug auf Größe, Dichte und die Menge an Strahlung, die er von seinem Zentralstern empfängt, ist dieser Planet der Erde am ähnlichsten.

TRAPPIST-1f, g und h sind weit genug vom Zentralstern entfernt, dass Wasser auf ihren Oberflächen zu Eis gefrieren könnte. Wenn sie dünne Atmosphären haben, würden sie wahrscheinlich nicht die schweren Moleküle enthalten, die wir auf der Erde finden, wie z. B. Kohlendioxid.

"Es ist interessant, dass die dichtesten Planeten nicht diejenigen sind, die dem Stern am nächsten sind und dass die kühleren Planeten vermutlich keine dicken Atmosphären haben,“ sagte Caroline Dorn, Co-Autorin an der Universität Zürich.

Das TRAPPIST-1-SYSTEM wird auch in Zukunft ein Schwerpunkt für intensive Untersuchungen an vielen Teleskopen, sowohl an bodengestützten als auch im Weltraumteleskopen sein, darunter das Extremely Large Teleskop der ESO und das James Webb Weltraumteleskop von NASA/ESA/CSA.

Astronomen arbeiten intensiv daran, weitere Planeten um leuchtschwache rote Sterne wie TRAPPIST-1 zu finden. Teamleiter Michaël Gillon erklärt: „Dieses Ergebnis unterstreicht das große Interesse, bei kühlen Zwergsternen - wie TRAPPIST-1 - mittels Transit terrestrische Planeten zu erforschen. Genau dies ist das Ziel von SPECULOOS, der neuen Such-Maschine nach erdähnlichen Planeten um kleine, kühle Sterne am ESO-Paranal-Observatorium in Chile.

8. Februar 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte