Water en atmosfeer op ‘aardachtige’ Trappist-planeten

Astronomie

Sterrenkundigen hebben aanwijzingen gevonden voor grote hoeveelheden water op de planeten rond de ster TRAPPIST-1.

Tekening van het planetenstelsel rond TRAPPIST-1. De binnenste twee planeten zijn waarschijnlijk te heet; de buitenste drie te koud voor leven zoals wij dat kennen. De middelste planeet is mogelijk te droog. Illustratie NASA/JPL-Caltech

De zeven planeten van de rode dwergster TRAPPIST-1 zijn waarschijnlijk geen kale rotswerelden. Een eerste verkenning laat zien dat ze voor een klein, maar significant deel uit lichter materiaal bestaan – vermoedelijk water. Mogelijk zijn sommige zelfs waterrijker dan onze aarde, maar niets is nog zeker.

TRAPPIST-1 is een kleine, koele ster op iets minder dan 40 lichtjaar van de aarde. Sinds het voorjaar van 2016 weten we dat er planeten omheen cirkelen. Dat is te danken aan een team van Belgische astronomen, dat daarbij een in Chili gestationeerde telescoop gebruikte: de Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope of kortweg TRAPPIST. Daaraan heeft de ster zijn merkwaardige naam te danken.

Om meer te weten te komen over de eigenschappen van de zeven exoplaneten is de ster het afgelopen jaar uitgebreid waargenomen met een kleine armada van telescopen op aarde en in de ruimte. Dat heeft vier onderzoeksverslagen opgeleverd, waarvan de twee laatste maandag in Nature en Astronomy & Astrophysics verschenen.

Rondrazende Trappist-planeten

Vergelijking van het kleine Trappist-systeem en zijn kleine rode dwergster (midden) met het zonnestelsel (onder) en het manensysteem van Jupiter (boven). Het Trappist-systeem zit er tussenin, maar lijkt toch meer op Jupiter en zijn manen dan op het zonnestelsel. Het Trappist-systeem zou ver binnen de baan van de binnenste planeet Mercurius passen, maar de buitenste maan van Jupiter zou de buiten de binnenste maan van Trappist ronddraaien. NASA

Betere schattingen

De vier onderzoeken leveren exactere gegevens over de rode dwergster zelf en over de afmetingen van haar planeten. Ook zijn betere schattingen verkregen van hun massa’s.

De zeven planeten schuiven vanaf de aarde gezien met vrij regelmatige tussenpozen voor hun ster langs. Hierdoor vertoont de helderheid van de ster fluctuaties die groter zijn naarmate de planeet in kwestie groter is. Zonder deze ‘helderheidsdipjes’ zouden de planeten van TRAPPIST-1 niet ontdekt zijn, want rechtstreeks waarneembaar zijn ze niet.

Omdat de planeten relatief dicht op elkaar zitten, beïnvloeden ze elkaars baanbewegingen. Kort gezegd: het ene moment versnellen ze elkaar een beetje, het volgende remmen ze elkaar juist af. Hierdoor variëren de tijdstippen waarop de verschillende planeten voor hun ster langs schuiven enigszins. Aan de hand van deze zogeheten transit timing variations hebben astronomen nu de massa’s van de betrokken planeten kunnen berekenen.

Nieuwe getallen

Uit de nieuwe getallen blijkt dat vier van de planeten ongeveer net zo groot zijn als de aarde en bijna evenveel massa hebben. De overige drie zijn duidelijk kleiner en lichter. Qua dichtheid komt de middelste van de zeven planeten het best overeen met de aarde. De overige hebben dichtheden die 20 tot 40 procent lager zijn.

Zo’n geringe dichtheid wijst erop dat een planeet niet volledig uit gesteenten en metalen bestaat. Uit modelberekeningen leiden de astronomen af dat de zes planeten met de laagste dichtheden voor maximaal 5 procent uit vluchtige stoffen bestaan. Waarschijnlijk gaat het om water in vaste, vloeibare en/of dampvorm. Water is nu eenmaal de meest voorkomende vluchtige stof die rond sterren-in-wording met een zonachtige samenstelling wordt aangetroffen.

Dat betekent dat sommige planeten van TRAPPIST-1 tot wel 250 keer zoveel water bevatten als de oceanen op aarde. Dat zegt echter niets over hun leefbaarheid: zelfs of ze überhaupt atmosferen hebben moet nog blijken. Om dat te kunnen vaststellen hebben astronomen zwaarder geschut nodig, zoals de nieuwe James Webb-ruimtetelescoop die volgend jaar wordt gelanceerd.

Jupiter of zonnestelsel

Vergelijking van de rotsplaneten in ons zonnestelsel met die het kleine Trappist-systeem. De traagste Trappist-planeet raast in minder dan 19 dagen om zijn ster, de snelle Mercurius doet daar meer dan vier keer zo lang over. NASA