Im Februar 2017 kündigten NASA-Wissenschaftler die Existenz von sieben terrestrischen (d. H. Felsigen) Planeten innerhalb des TRAPPIST-1-Sternensystems an. Seit dieser Zeit war das System der Schwerpunkt intensiver Forschung, um festzustellen, ob einer dieser Planeten bewohnbar sein könnte oder nicht. Gleichzeitig haben sich Astronomen gefragt, ob tatsächlich alle Planeten des Systems berücksichtigt werden.
Könnte dieses System zum Beispiel Gasriesen in seinen Außenbereichen haben, wie es viele andere Systeme mit felsigen Planeten (zum Beispiel unsere) tun? Diese Frage wollte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern des Carnegie Institute of Science in einer kürzlich durchgeführten Studie beantworten. Nach ihren Erkenntnissen kann TRAPPIST-1 von Gasriesen in einer viel größeren Entfernung als seine sieben felsigen Planeten umkreist werden.
Die Studie mit dem Titel „Astrometrische Einschränkungen der Massen langperiodischer Gasriesenplaneten im TRAPPIST-1-Planetensystem“ wurde kürzlich in veröffentlicht Das astronomische Journal. Wie sie in ihrer Studie angedeutet haben, stützte sich das Team auf Follow-up-Beobachtungen von TRAPPIST-1 über einen Zeitraum von fünf Jahren (von 2011 bis 2016) mit dem Teleskop du Pont am Las Campanas-Observatorium in Chile.
Anhand dieser Beobachtungen wollten sie feststellen, ob TRAPPIST-1 zuvor unentdeckte Gasriesen haben könnte, die in den äußeren Bereichen des Systems umkreisen. Wie Dr. Alan Boss - Astrophysiker und Planetenwissenschaftler am Department of Terrestrial Magnetism des Carnegie Institute und Hauptautor des Papiers - in einer Pressemitteilung von Carnegie erklärte:
„Eine Reihe anderer Sternensysteme, zu denen erdgroße Planeten und Supererden gehören, beherbergen ebenfalls mindestens einen Gasriesen. Die Frage, ob diese sieben Planeten Gasriesengeschwister mit längerfristigen Umlaufbahnen haben, ist eine wichtige Frage. “
Boss führt seit Jahren eine Exoplanetenjagd-Umfrage mit den Co-Autoren der Studie durch - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson et al. - bekannt als Carnegie Astrometric Planet Search. Diese Umfrage stützt sich auf die Carnegie Astrometric Planet Search Camera (CAPSCam), ein Instrument des Teleskops du Pont, das mithilfe der astrometrischen Methode nach extrasolaren Planeten sucht.
Diese indirekte Methode der Exoplanetenjagd bestimmt das Vorhandensein von Planeten um einen Stern herum, indem das Wackeln dieses Wirtssterns um den Massenschwerpunkt des Systems (auch bekannt als dessen Schwerpunkt) gemessen wird. Mit CAPSCam stützten sich Boss und seine Kollegen auf mehrjährige Beobachtungen von TRAPPIST-1, um die oberen Massengrenzen für potenzielle Gasriesen zu bestimmen, die im System umkreisen.
Daraus folgerten sie, dass Planeten mit bis zu 4,6 Jupitermassen den Stern innerhalb eines Jahres umkreisen könnten. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass Planeten mit bis zu 1,6 Jupitermassen den Stern mit 5-Jahres-Perioden umkreisen können. Mit anderen Worten, es ist möglich, dass TRAPPIST-1 einige langperiodische Gasriesen hat, die seine äußeren Bereiche umkreisen, ähnlich wie langperiodische Gasriesen jenseits der Umlaufbahn des Mars im Sonnensystem existieren.
Wenn dies zutrifft, könnte die Existenz dieser Riesenplaneten eine anhaltende Debatte über die Bildung der Gasriesen des Sonnensystems lösen. Nach der am weitesten verbreiteten Theorie über die Entstehung des Sonnensystems (d. H. Der Nebelhypothese) wurden Sonne und Planeten aus einem Nebel aus Gas und Staub geboren. Nachdem diese Wolke im Zentrum einen Gravitationskollaps erlebte und die Sonne bildete, flachten der verbleibende Staub und das Gas zu einer sie umgebenden Scheibe ab.
Die Erde und die anderen terrestrischen Planeten (Merkur, Venus und Mars) bildeten sich alle näher an der Sonne, da sich Silikatmineralien und Metalle ansammelten. Was die Gasriesen betrifft, gibt es einige konkurrierende Theorien darüber, wie sie sich gebildet haben. In einem Szenario, das als Core Accretion-Theorie bekannt ist, begannen die Gasriesen auch, sich aus festen Materialien (die einen festen Kern bilden) anzusammeln, die groß genug wurden, um eine Hülle aus umgebendem Gas anzuziehen.
Eine konkurrierende Erklärung - bekannt als Disk Instability-Theorie - behauptet, dass sie sich gebildet haben, als die Scheibe aus Gas und Staub eine Spiralarmformation annahm (ähnlich einer Galaxie). Diese Arme nahmen dann an Masse und Dichte zu und bildeten Klumpen, die sich schnell zu Baby-Gasriesen zusammenschlossen. Anhand von Rechenmodellen betrachteten Boss und seine Kollegen beide Theorien, um herauszufinden, ob sich um einen massearmen Stern wie TRAPPIST-1 Gasriesen bilden könnten.
Während eine Kernakkretion nicht wahrscheinlich war, zeigte die Disk Instability-Theorie, dass sich um TRAPPIST-1 und andere massearme rote Zwergsterne Gasriesen bilden könnten. Daher bietet diese Studie einen theoretischen Rahmen für die Existenz von Gasriesen in Sternensystemen der Roten Zwerge, von denen bereits bekannt ist, dass sie felsige Planeten haben. Dies ist sicherlich eine ermutigende Nachricht für Exoplanetenjäger, da in letzter Zeit felsige Planeten gefunden wurden, die rote Zwerge umkreisen.
Dazu gehören neben TRAPPIST-1 der dem Sonnensystem am nächsten gelegene Exoplanet (Proxima b) sowie LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b und Gliese 682c. Aber wie Boss auch bemerkte, steckt diese Forschung noch in den Kinderschuhen, und es muss noch viel mehr Forschung und Diskussion stattfinden, bevor etwas endgültig gesagt werden kann. Glücklicherweise helfen Studien wie diese, die Tür für solche Studien und Diskussionen zu öffnen.
"Gasriesenplaneten, die auf Langzeitumlaufbahnen um TRAPPIST-1 gefunden wurden, könnten die Kernakkretionstheorie in Frage stellen, aber nicht unbedingt die Theorie der Scheibeninstabilität", sagte Boss. "Zwischen den hier untersuchten längerfristigen Umlaufbahnen und den sehr kurzen Umlaufbahnen der sieben bekannten TRAPPIST-1-Planeten gibt es viel Raum für weitere Untersuchungen."
Boss und sein Team behaupten auch, dass fortgesetzte Beobachtungen mit der CAPSCam und weitere Verfeinerungen in ihrer Datenanalyse-Pipeline entweder Planeten mit langer Periode erkennen oder ihre oberen Massengrenzen noch strenger einschränken werden. Und natürlich wird der Einsatz von Infrarot-Teleskopen der nächsten Generation wie dem James Webb-Weltraumteleskop bei der Suche nach Gasriesen um rote Zwergsterne helfen.
