Pressemeddelelse

Sandsynlighed for masser af vand på TRAPPIST-1 planeterne

Hvad består exoplaneter på størrelse med Jorden af?

5. februar 2018

De syv exoplaneter, som kredser om den ikke-så-fjerne kolde dværgstjerne TRAPPIST-1 består alle hovedsagelig af klipper, og nogle af den har måske meget mere vand end Jorden har. Det er en ny videnskabelig undersøgelse, som har forbedret vores viden om tætheden for exoplaneterne. Nogle af dem kan have op til 5% vand - og det er omkring 250 gange mere end hvad der er i Jordens oceaner. De varmeste af exoplaneterne, som er tættest på deres stjerne, har sandsynligvis tætte atmosfærer med masser af vanddamp, og de fjerne af exoplaneterne har is på overfladen. Den fjerde exoplanet er den, som mest ligner Jorden, både med hensyn til tæthed, størrelse og den mængde stråling, som den modtager fra stjernen. Den exoplanet er den, som ser ud til at have mest klippemateriale, og på den kan der være flydende vand.

Kun 40 lysår fra Jorden findes en svag rød stjerne TRAPPIST-1, som blev opdaget med teleskopet TRAPPIST-South på ESOs La Silla Observatorium in 2016. I året, der fulgte blev stjernen observeret både fra jordbaserede teleskoper; blandt andre ESOs Very Large Telescope og NASAs rumteleskop Spitzer, og studierne viset, at der er ikke mindre end syv exoplaneter i dette planetsystem, og at de alle er nogenlunde på samme størrelse som Jorden. De kaldes TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g og h i rækkefølge inde fra stjernen[1].

Flere observationer, både fra jorden og fra rummet, har gjort det muligt at bestemme planeternes tætheder med meget større nøjagtighed, end hidtil. Det er er forskerhold ledet af Simon Grimm fra Berns universitet i Schweiz, som har brugt meget komplekse computermodeller på alle de data, som indtil nu er indsamlet fra blandt andet det næsten færdige anlæg SPECULOOS på ESOs Paranal Observatorium, og fra NASAs rumteleskoper Spitzer og Kepler.(2)

Simon Grimm forklarer her, hvordan man finder exoplaneternes masser: "TRAPPIST-1 planeterne er så tæt sammen, at de påvirker hinanden via deres tyngdekræfter. Det påvirker de tidspunkter, hvor vi ser dem passere ind foran stjernen, en lille smule. Ændringerne afhænger af exoplaneternes masser, af deres afstande og af de andre værdier, som bestemmer banerne. Med vores computermodel kan vi simulere exoplanetbanerne, og ændre dem indtil de passager, vi beregner passer med dem, vi observerer. Ud fra det, kan vi så udlede exoplaneternes virkelige masser."

Medlem af forskerholdet Eric Agol har en kommentar til betydningen: "I nogen tid har det været målet for studierne af exoplaneter at finde ud af, hvordan de exoplaneter, som ligner Jorden med hensyn til størrelse og temperaturer, er sammensat. Det har vi fået meget bedre muligheder for ved opdagelsen af TRAPPIST-1 og med ESOs udstyr i Chile og NASAs Spitzer rumteleskop. For første gang har vi nu en ide om, hvad de jordlignende exoplaneter består af!"

Målingerne af tæthederne, altså gennemsnitsmassefylden, sat i relation til modeller for exoplaneternes sammensætning antyder stærkt, at de syv TRAPPIST-1 planeter ikke kun er øde klippeverdener. Det ser ud til, at de også består af betydelige mængder af flygtige stoffer - og det er sandsynligvis vand[3]. I nogle tilfælde helt op til 5% af planetmassen. Det er enormt meget sammenlignet med Jorden, som kun har cirka 0,02% vand, regnet efter vægt.

"Selvom tæthederne giver vigtigt tips om exoplaneternes sammensætning, siger de ikke noget om, om man kan bo på dem. Men vore resultater her er et vigtigt fremskridt, og vi går videre med at undersøge om nogle af disse exoplaneter kan huse liv," siger Brice-Olivier Demory, som er medforfatter, og som kommer fra universitetet i Bern.

TRAPPIST-1b og c, som er de inderste exoplaneter, har sandsynligvis kerner af klippemateriale, og de omgives af atmosfærer, som er meget tættere end Jordens. TRAPPIST-1d er den letteste af de syv - den vejer kun cirka 30% af Jordens masse, og forskerne er ikke sikre på, om den har en tæt atmosfære, et ocean eller et lag is.

Det var overraskende for forskerne, at TRAPPIST-1e er den eneste af exoplaneterne, som har en lidt større tæthed end Jorden. Det kan betyde, at den kan have en større jernkerne, og at den ikke nødvendigvis har en tæt atmosfære, et ocean eller et islag. Det er svært at forklare hvorfor TRAPPIST-1e er så meget tættere end de andre, men det er den exoplanet i systemet, som mest ligner Jorden med hensyn til størrelse, tæthed og mængden af stråling, som den modtager fra sin stjerne.

TRAPPIST-1f, g og h er langt nok fra værtsstjernen til at vandet kan være frosset til is på overfladen. Hvis de har en tynd atmosfære, indeholder de næppe de tunge molekyler, som vi finder her på Jorden, som for eksempel kuldioxid.

"Det er interessant, at de exoplaneter, som har størst tæthed ikke også er dem, der befinder sig tættest på stjernen, og at de koldeste af planeterne ikke kan have en tæt atmosfære," bemærker Caroline Dorn, som er medforfatter og baseret ved Zürichs universitet.

Også i fremtiden vil der være et intenst focus på TRAPPIST-1 systemet, hvor flere forskningsfaciliteter kommer i spil. Det drejer sig for eksempel om ESOs Extremely Large Telescope og NASA/ESA/CSAs James Webb Space Telescope.

Astronomerne arbejder også hårdt med at lede efter yderligere planeter omkring andre svagtlysende røde stjerner af TRAPPIST-1s type. Gruppemedlem Michaël Gillon forklarer[4]: "Resultaterne her understreger den store interesse, der er, for at udforske nære meget kolde dværgstjerner - som for eksempel TRAPPIST-1 - efter jordlignende exoplaneter i transit. Det er lige netop målsætningen med SPECULOOS, som er vores nye projekt med jagt på exoplaneter, som skal lige til at begynde ved ESOs Paranalobservatorium i Chile."

Noter

[1] Planeterne blev opdaget med det jordbaserede teleskop TRAPPIST-South, som er baseret på ESOs La Silla Observatorium i Chile; med TRAPPIST-North i Marokko; med NASA Spitzer Space Telescope; med ESOs HAWK-I instrument på Very Large Telescope på Paranal Observatoriet i Chile; med 3,8-meter UKIRT teleskopet på Hawaii; med 2-meter Liverpool- og med 4-meter William Herschel teleskoperne på La Palma i den Kanariske øgruppe, og med 1-meter SAAO teleskopet i Sydafrika.

[2] Det er ikke nemt at måle tætheden for exoplaneterne. Man skal finde frem til både exoplanetens størrelse og dens masse. TRAPPIST-1 planeterne blev fundet med transitmetoden, hvor man søger efter de små dyk i stjernens lysstyrke, som sker, når en planet passerer ind foran stjernens skive og blokerer for en smule for dens lys, set her fra Jorden. Det giver en god værdi for exoplanetens størrelse. Det er straks meget sværere at måle en planets masse. Hvis der ikke er påvirkninger på planeten, vil planeter uanset deres masse have samme bane omkring stjernen, og der er ikke nogen måde, hvorpå man kan skelne tunge fra lette. Men i et flerplanetsystem har man en chance: tungere planeter forstyrrer banen for de andre planeter mere end lettere planeter gør. Det påvirker så igen forløbet af transitterne. Det forskerhold, som Simon Grimm leder, har brugt disse komplicerede og meget små effekter til at vurdere de mest sandsynlige masser for alle syv exoplaneter. Det hele er baseret på en stor mængde timingmålinger og meget avanceret datanalyse og modellering.

[3] De beregningsmodeller, som anvendes indregner også forskellige flygtige stoffer, såsom for eksempel kuldioxid. Men mest ser man på vand, i form af vanddamp, væske eller is, for det er det mest sandsynlige stof på planetoverflader. Det er nemlig det hyppigst forekommende flygtige stof i de skiver, som findes rundt omkring stjerner af Solens type, når de er under dannelse.

[4] Oversigtsteleskoperne SPECULOOS er næsten færdigopstillede på ESOs Paranalobservatorium.

Mere information

Forskningsresultaterne offentliggøres i en artikel med titlen “The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets”, af S. Grimm et al., i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.

Forskerholdet består af Simon L. Grimm (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz) , Brice-Olivier Demory (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Caroline Dorn (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz; University of Zurich, Institute of Computational Sciences, Zurich, Schweiz), Eric Agol (University of Washington, Seattle, Washington, USA; NASA Astrobiology Institute’s Virtual Planetary Laboratory, Seattle, Washington, USA; Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Frankrig), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Marko Sestovic (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz), Amaury H.M.J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, UK; University of Birmingham, Birmingham, UK), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, Frankrig), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Frankrig), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrig), Julien de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), Emmanuël Jehin (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Jérémy Leconte (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrig), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrig), Valérie Van Grootel (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Adam J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, La Jolla, California, USA), Sean Carey (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Daniel Fabrycky (Department of Astronomy and Astrophysics, Univ. of Chicago, Chicago, Illinois, USA), Kevin Heng (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz), David M. Hernandez (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), James G. Ingalls (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Susan Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA), Franck Selsis (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrig) and Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen
• Link til Hubble pressemeddelelsen om atmosfærerne på TRAPPIST-1 planeterne
• Mere information om TRAPPIST-South
• Mere information om SPECULOOS
• NASAs Spitzer Space Telescope
• NASAs Kepler Space Telescope

Kontakter

Simon Grimm
SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability
Bern, Switzerland
Tel: +41 31 631 3995
E-mail: simon.grimm@csh.unibe.ch

Brice-Olivier Demory
SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability
Bern, Switzerland
Tel: +41 31 631 5157
E-mail: brice.demory@csh.unibe.ch

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1805 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.