eso1805sv — Pressmeddelande (forskning)

Gott om vatten i planetsystemet TRAPPIST-1, tror forskare

Första tecknen på vad jordstora exoplaneter består av

5 februari 2018

De sju planeterna som kretsar kring den närliggande extremt svala dvärgstjärnan TRAPPIST-1 består mestadels av sten. Det visar en ny studie, som också tyder på att vissa av planeterna kan innehålla mer vatten än jorden. Nya, precisa mätningar av planeternas densiteter pekar på att vatten kan stå för uppemot fem procent av deras massa, vilket är 250 gånger jordens vattenhalt. Systemets varmare inre planeter tros ha ångande täta atmosfärer, medan de yttre planeternas ytor är troligtvis istäckta. Den fjärde planeten från värdstjärnan är den som mest liknar jorden, om man ser till dess storlek, täthet och hur mycket strålning den får från stjärnan. Av de sju planeterna är den också den stenigaste planet och flytande vatten skulle kunna finnas på dess yta.

Under 2016 upptäckte man planeter runt den ljussvaga röda stjärnan TRAPPIST-1, bara 40 ljusår från jorden. Under året efter upptäckten av TRAPPIST-South teleskopet vid ESO’s La Silla-observatorium kunde flera teleskop på marken, bland dem ESO:s Very Large Telescope, och även NASA:s rymdteleskop Spitzer, avslöja att systemet bestående av hela sju planeter, var och en ungefär lika stor som jorden. De heter TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g och h, där b är närmast stjärnan och h längst ut [1].

Sedan dess har nya observationer genomförts både med markbaserade teleskop, bland dem det nästan färdigbyggda SPECULOOS vid ESO:s Paranalobservatorium, samt med NASA:s rymdteleskop Spitzer och Kepler. Ett forskarlag som leds av Simon Grimm vid Berns universitet i Schweiz har nu tillämpat mycket komplexa beräkningsmetoder för att analysera alla tillgängliga mätningar. Därmed har forskarna kunnat bestämma planeternas densiteter med bättre precision än vad som tidigare varit möjligt [2].

Simon Grimm förklarar hur planeternas massor kunde bestämmas.

– Planeterna runt TRAPPIST-1 ligger så pass nära varandra att de påverkar varandra rent gravitationellt, och det påverkar exakt när de passerar framför stjärnan. Tidsskillnaderna beror både på planeternas massor, deras avstånd och andra egenskaper hos deras banor. Genom att simulera planeternas banor i datorn tills de beräknade passagerna stämmer överens med de observerade värden kan vi få fram planeternas massor, säger han.

För Eric Agol, också medlem i teamet, har resultatet stor betydelse.

– Sedan ett tag har det varit ett mål inom studier av exoplaneter att undersöka sammansättningen hos planeter som när det gäller både storlek och temperatur liknar jorden. Nu har upptäckten av TRAPPIST-1 och förmågorna hos ESO:s instrument i Chile och NASA:s rymdteleskop Spitzer gjort detta möjligt. Vi har fått en första skymt av vad jordstora exoplaneter består av.

Mätningar av deras densitet tillsammans med modeller av sammansättning tyder starkt på att de sju planeterna i TRAPPIST-1 inte är några kala steniga världar. De verkar innehålla betydande mängder av flyktiga material, förmodligen vatten [3], vilket i vissa fall utgör upp till 5% av planetens massa. Det är en stor andel jämfört med jorden där endast 0,02% av dess massa utgörs av vatten.

Brice-Olivier Demory är medförfattare till forskningsartikeln och också från Berns universitet.

– Densiteten är en viktig ledtråd till planeternas sammansättning, men det säger ingenting om hur beboeliga de är. Vår studie är dock ett viktigt framsteg när vi fortsätter undersöka om dessa planeter kan stödja liv.

De innersta planeterna TRAPPIST-1b och c har troligen steniga kärnor och är omgivna av en atmosfär som är mycket tjockare än jordens. TRAPPIST-1d däremot är den lättaste, ungefär 30 procent av jordens massa. Forskare är osäkra om den har en stor atmosfär, ocean eller isyta.

Forskare är överraskade att TRAPPIST-1e är den enda planeten som är något tätare än jorden, vilket tyder på att den kan ha en tätare järnkärna och att den inte nödvändigtvis har en tjock atmosfär, ocean eller isyta. Det är mystiskt att TRAPPIST-1e verkar vara så mycket stenigare än de andra planeterna. När det gäller storlek, densitet och mängden strålning som den tar emot från värdstjärnan så är denna planeten mest lik jorden.

TRAPPIST-1f, g och h är tillräckligt långt borta från värdstjärnan att vatten kan frysa till is längs med hela ytan. Om de har tunna atmosfärer är det osannolikt att de innehåller de tunga molekyler som vi har på jorden, såsom kolmonoxid.

Caroline Dorn är medförfattare till artikeln bakom studien och arbetar vid Zurich universitet i Schweiz.

– Det är intressant att de tätaste planeterna inte är de som befinner sig närmast värdstjärnan, och att de kallaste planeter inte har någon tjock atmosfär, säger hon.

Planetsystemet TRAPPIST-1 kommer fortsätta vara fokus för intensiva granskningar i framtiden med många anläggningar på båda marken och i rymden, inklusive ESO:s Extremely Large Telescope och NASA/ESA/CSA:s rymdteleskop James Webb.

Astronomer arbetar också hårt med att söka efter fler planeter runt bleka röda stjärnor som TRAPPIST-1. Michaël Gillon har också arbetat med data bakom resultaten [4].

– Dessa resultat belyser det enorma intresse vi har för att söka efter steniga planeter runt närliggande extremt svala dvärgstjärnor som TRAPPIST-1. Det är exakt målet med SPECULOOS, vårt nya jägarprojekt för exoplaneter som snart ska starta sin verksamhet vid ESO:s Paranalobservatoriet i Chile, förklarar han.

Noter

[1] Planeterna upptäcktes med hjälp av det markbaserade teleskopet TRAPPIST-South vid ESO:s La Sillaobservatorium i Chile; TRAPPIST-North i Marocko; NASA:s rymdteleskop Spitzer; ESO:s instrument HAWK-IVery Large Telescope vid Paranalobservatoriet i Chile; 3,8-metersteleskopet UKIRT vid Hawaii; 2-metersteleskopet Liverpool och 4-metersteleskopet William Herschel vid La Palma på kanarieöarna; samt 1-metersteleskopet SAAO i Sydafrika.

[2] Att mäta upp en exoplanets densitet är inte lätt. Man behöver ta reda på både planetens storlek och massa. Planeterna i TRAPPIST-1 upptäcktes med transitmetoden där man söker efter små sänkningar i ljuskurvan hos en stjärna när en planet passerar framför dess skiva och blockerar en liten bit av ljuset. Detta ger en bra uppskattning av planetens storlek. Men att mäta en planets massa är svårare. Om de inte påverkas av andra effekter har planeter samma banor oavsett deras massa, vilket gör det omöjligt att särskilja tunga från lätta planeter. Men i ett planetsystem med flera planeter finns det en möjlighet eftersom mer massiva planeter kan störa banorna hos andra planeter mer än lätta planeter gör. Detta påverkar i sin tur tidpunkten för transiterna. Forskarlaget som leds av Simon Grimm har använt dessa komplicerade och mycket subtila effekter för att uppskatta de mest troliga massorna för alla sju planeterna baserat på en stor mängd av tidsdata och väldigt sofistikerade dataanalyser och modeller.

[3] Modellerna som användes tittade också på alternativa flyktiga ämnen som till exempel kolmonoxid. De favoriserade dock vatten, i form av ånga, vatten eller is, eftersom det sannolikt utgör den största komponenten av planeternas ytmaterial. Det är nämligen det vanligaste flyktiga ämnet i skivorna som finns runt bildande sollika stjärnor.

[4] Anläggningen för kartläggningsteleskopet SPECULOOS är nästan fullbordat vid ESO:s Paranalobservatorium.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln “The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets” av S. Grimm m. fl. och publiceras i tidsskriften Astronomy & Astrophysics.

Forskarlaget består av Simon L. Grimm (Berns universitet, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz) , Brice-Olivier Demory (Berns universitet, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Caroline Dorn (Berns universitet, Center for Space and Habitability, Bern, Switzerland; 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, Frankrike), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, Storbritannien; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgien), Marko Sestovic (Berns universitet, Center for Space and Habitability, Bern, Schweiz), Amaury H.M.J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, Storbritannien; University of Birmingham, Birmingham, Storbritannien), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, Frankrike), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Frankrike), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrike), 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, Frankrike), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Frankrike), 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 (Berns universitet, 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, Frankrike) och Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, Storbritannien).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium, Chalmers
Sverige
Tel: 0317725500
Mobil: 0704933114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

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

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

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1805, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1805sv
Namn:TRAPPIST-1
Typ:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:Kepler Space Telescope, SPECULOOS, Spitzer Space Telescope, Télescope à Action Rapide pour les Objets Transitoires, Very Large Telescope
Instruments:HAWK-I

Bilder

Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Hur planetsystemet runt TRAPPIST-1 skulle kunna se ut
Den ultrasvala dvärgstjärnan TRAPPIST-1 i stjärnbilden Vattumannen
Den ultrasvala dvärgstjärnan TRAPPIST-1 i stjärnbilden Vattumannen
Jämförelse av storlekarna, massorna och temperaturerna mellan planeterna i TRAPPIST-1 och solsystemet
Jämförelse av storlekarna, massorna och temperaturerna mellan planeterna i TRAPPIST-1 och solsystemet
Jämförelse av massa och mottagen strålning hos de sju TRAPPIST-1 planeterna med andra kända planeter
Jämförelse av massa och mottagen strålning hos de sju TRAPPIST-1 planeterna med andra kända planeter
Properties of the seven TRAPPIST-1 planets
Properties of the seven TRAPPIST-1 planets
text på engelska
Comparison of the properties of the seven TRAPPIST-1 planets
Comparison of the properties of the seven TRAPPIST-1 planets
text på engelska
Comparison of the TRAPPIST-1 system and the Solar System
Comparison of the TRAPPIST-1 system and the Solar System
text på engelska

Videor

ESOcast 150 Light: Planeterna runt TRAPPIST-1 är troligen rika på vatten
ESOcast 150 Light: Planeterna runt TRAPPIST-1 är troligen rika på vatten
Planet Parade: the seven planets of TRAPPIST-1
Planet Parade: the seven planets of TRAPPIST-1
text på engelska

Se även