Kühler Zwerg und die sieben Planeten

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Eine Reise von der Erde zu TRAPPIST-1.

 

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden- und weltraumbasierten Teleskopen entdeckt, während sie vor ihrem Mutterstern vorbeizogen, dem besonders kühlen Zwergstern TRAPPIST-1. Darunter befand sich auch das Very Large Telescope der ESO. Dem heute in der Zeitschrift Nature erschienenen Fachartikel nach liegen drei der Planeten in der bewohnbaren Zone des Sterns und könnten auf ihren Oberflächen Ozeane aus Wasser beherbergen, wodurch die Möglichkeit steigt, dass in dem Sternsystem Leben möglich ist. Das System stellt sowohl in der Anzahl an bisher gefundenen erdgroßen Planeten als auch in der Zahl von Planeten, auf denen flüssiges Wasser auf der Oberfläche möglich ist, einen neuen Rekord auf.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die Sicht von der Oberfläche eines der Planeten im TRAPPIST-1-System. Mindestens sieben Planeten umkreisen den sehr kühlen Zwergstern, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Alle Planeten haben eine ähnliche Größe wie die Erde. Sie umkreisen den Stern in einer Entfernung, die flüssiges Wasser auf den Oberflächen einiger dieser Planeten ermöglicht.
Herkunftsnachweis:
ESO/N. Bartmann/spaceengine.org

Astronomen gelang es mit dem Teleskop TRAPPIST–South am La Silla-Observatorium der ESO und dem Very Large Telescope (VLT) am Paranal, sowie dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA und anderen Teleskopen auf der Welt die Existenz von mindestens sieben kleinen Planeten zu bestätigen, die den kühlen roten Zwergstern TRAPPIST-1 umkreisen. Alle Planeten, die mit zunehmender Entfernung zum Mutterstern die Namen TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g und h tragen, sind in der Größe mit der Erde vergleichbar.

Ein Größenvergleich der Planeten im TRAPPIST-1-System, aufgereiht, mit zunehmender Entfernung zum Mutterstern. Die Planetenoberflächen werden mit möglichen Oberflächeneigenschaften dargestellt, einschließlich Wasser, Eis und Atmosphären.
Herkunftsnachweis:
NASA/R. Hurt/T. Pyle

Rückschlüsse auf die jeweilige Größe, Zusammensetzung und Umlaufbahn der sieben Planeten konnten die Astronomen mit Hilfe der Verringerung der gemessenen Lichtintensität des Sterns ziehen, die auftritt, wenn die Planeten am Mutterstern vorbeiziehen und ihn für diese Zeit etwas verdunkeln — ein Ereignis, das als Transit bezeichnet wird. Sie fanden heraus, dass zumindest die inneren sechs Planeten in Größe und Temperatur mit der Erde vergleichbar sind.

Diese Grafik zeigt, wie das Licht des lichtschwachen sehr kalten Zwergsterns TRAPPIST-1 schwächer wird, während jeder der sieben bekannten Planeten vor dem Stern vorbeizieht und einen Teil des Lichtes blockiert. Die größeren Planeten verursachen tiefere Einbrüche und die entfernteren haben längere Transits, da sie den Stern langsamer umlaufen. Diese Daten stammen aus Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA.
Herkunftsnachweis:
ESO/M. Gillon et al.

Michaël Gillon vom STAR-Institut der Universität Lüttich in Belgien, der Erstautor der Studie, in der die Ergebnisse präsentiert werden, ist angesichts der Funde hocherfreut: „Dieses Planetensystem ist erstaunlich — nicht nur, weil wir so viele Planeten gefunden haben, sondern auch, weil ihre Größen der der Erde alle erstaunlich gleichen!“

 

Mit gerade einmal 8% der Sonnenmasse ist TRAPPIST-1 für stellare Verhältnisse — er ist nur geringfügig größer als der Planet Jupiter — sehr klein und erscheint, obwohl er sich relativ nahegelegen im Sternbild Wassermann (lat. Aquarius) befindet, sehr lichtschwach. Astronomen vermuten, dass solche Zwergsterne viele erdgroße Planeten auf engen Umlaufbahnen beherbergen, wodurch sie bei der Suche nach außerirdischem Leben vielversprechende Ziele sein könnten, auch wenn es sich bei TRAPPIST-1 um das erste entdeckte System dieser Art handelt.

Diese Grafik vergleicht die Umlaufbahnen der neuentdeckten Planeten um den lichtschwachen roten Stern TRAPPIST-1 mit den galileischen Monden Jupiters und dem inneren Sonnensystem. Alle um TRAPPIST-1 gefundenen Planeten umkreisen den Stern in geringerer Entfernung als Merkur die Sonne, aber da ihr Stern um einiges lichtschwächer ist, sind sie in etwa denselben Strahlungsmengen ausgesetzt wie Venus, Erde und Mars im Sonnensystem.
Herkunftsnachweis:
ESO/O. Furtak

Koautor Amaury Triaud erläutert: „Der Energieausstoß von Zwergsternen wie TRAPPIST-1 ist deutlich geringer als der unserer Sonne. Wenn es auf der Oberfläche Wasser geben soll, müssten sich Planeten auf deutlich engeren Umlaufbahnen befinden, als wir es von unserem Sonnensystem her kennen. Zum Glück scheint es, dass bei TRAPPIST-1 genau eine solch enge Anordnung vorliegt.“

Diese Grafik vergleicht die Sonne und das innere Sonnensystem mit dem TRAPPIST-1-Planetensystem. Der sehr kühle Zwergstern TRAPPIST-1 ist deutlich lichtschwächer und kleiner als die Sonne und die Planeten umkreisen ihren Mutterstern auf einer engeren Umlaufbahn als Merkur im Sonnensystem.
Herkunftsnachweis:
ESO/O. Furtak

Das Team fand heraus, dass alle Planeten in dem System von der Größe her mit der Erde und der Venus im Sonnensystem vergleichbar oder etwas kleiner sind. Die sich ergebenden Dichten legen nahe, dass es sich zumindest bei den innersten sechs vermutlich um Gesteinsplaneten handelt.

 

Die Planetenumlaufbahnen sind nicht viel größer als die des galileischen Mondsystems des Jupiter und kleiner als die Umlaufbahn von Merkur im Sonnensystem. Die geringe Größe und die niedrige Temperatur von TRAPPIST-1 haben jedoch zur Folge, dass ähnlich viel Energie auf den Planeten ankommt wie auf den inneren Planeten unseres Sonnensystems; TRAPPIST-1c, d und f sind ähnlichen Energiemengen ausgesetzt wie Venus und Erde, bzw. Mars.

Diese Grafik vergleicht die Umlaufbahnen der neuentdeckten Planeten um den lichtschwachen roten Stern TRAPPIST-1 mit den galileischen Jupiter-Monden und dem inneren Sonnensystem. Alle um TRAPPIST-1 gefundenen Planeten umkreisen den Stern in geringerer Entfernung als Merkur die Sonne, aber da ihr Stern um einiges lichtschwächer ist, sind sie in etwa denselben Strahlungsmengen ausgesetzt wie Venus, Erde und Mars im Sonnensystem.
Herkunftsnachweis:
ESO/O. Furtak

Eventuell könnten alle sieben Planeten, die in dem System entdeckt wurden, auf ihrer Oberfläche flüssiges Wasser besitzen, auch wenn die Entfernung der einzelnen Planeten einige von ihnen zu wahrscheinlicheren Kandidaten macht als andere. Klimamodelle deuten darauf hin, dass die innersten Planeten, TRAPPIST-1b, c und d, vermutlich zu heiß für flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche sind, außer vielleicht auf einem kleinen Bruchteil ihrer Oberflächen. Der Abstand des äußersten Planeten des Systems, TRAPPIST-1h, ist noch nicht bestätigt, außerdem ist er wahrscheinlich zu weit vom Mutterstern entfernt und damit auch zu kalt für flüssiges Wasser — vorausgesetzt, es gibt keine alternativen Aufheizprozesse. TRAPPIST-1e, f und g stellen jedoch den heiligen Gral für Planeten-Jäger dar, da sie den Stern in dessen habitabler Zone umkreisen und auf der Oberfläche ganze Ozeane aus Wasser beheimaten könnten.

Diese Grafik zeigt die relativen Größen der Umlaufbahnen der sieben Planeten, die den sehr kühlen Zwergstern TRAPPIST-1 umkreisen. Der gräuliche Bereich zeigt die Ausdehnung der habitablen Zone, in der Ozeane aus flüssigem Wasser auf den Planeten existieren könnten. Über die Umlaufbahn des äußersten Planeten, TRAPPIST-1h, ist bisher noch nicht viel bekannt. Die gestrichelten Linien zeigen alternative Grenzen der habitablen Zone auf Grundlage anderer theoretischer Annahmen.
Herkunftsnachweis:
ESO/M. Gillon et al.

Diese neue Entdeckung macht das TRAPPIST-1-System zu einem sehr wichtigen Ziel zukünftiger Untersuchungen. Das Hubble-Weltraumteleskop von NASA/ESA sucht um den Planeten bereits nach Atmosphären. Teammitglied Emmanuël Jehin ist begeistert angesichts der Möglichkeiten in der Zukunft: „Mit der kommenden Generation an Teleskopen, wie dem European Extremely Large Telescope und dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA, sind wir bald in der Lage, nach Wasser und vielleicht sogar nach Beweisen für Leben auf diesen Planeten zu suchen.

 

Artikel:

Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1

Off. PM der ESO

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Pia Gaupels

Pia Gaupels, 30, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. Sie hat die Facebook-Seite GeoHorizon gegründet. Zudem hat sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung.