(NAOJ) Das TRAPPIST-1-System ist das verlockendste in unserer lokalen galaktischen Nachbarschaft. Er ist nur 40 Lichtjahre entfernt und beherbergt sieben felsige Exoplaneten, von denen sich drei in der bewohnbaren Zone ihres Sterns befinden. Aber es braucht mehr als das, um eine Welt wirklich bewohnbar zu machen. Deshalb haben Astronomen nach Merkmalen gesucht, die uns mehr über die Geschichte des Systems verraten können.
Atemberaubende neue Forschungen haben nun herausgefunden, dass die Exoplaneten von TRAPPIST-1 genau wie die Planeten des Sonnensystems in einer mehr oder weniger flachen Ebene um den Äquator der Sonne kreisen – ein bisschen wie eine Schallplatte –, dass auch die Exoplaneten von TRAPPIST-1 in einer flachen Ebene umkreisen seine Mitte.
Diese Entdeckung wird es Astronomen ermöglichen, die dynamische Geschichte des Systems zu untersuchen – was uns dabei helfen kann, Modelle des Systems zu verfeinern und die Bewohnbarkeit eines seiner Exoplaneten auszuschließen. Die Entdeckung der Planeten um den Äquator des Sterns bedeutet jedoch, dass sie sich grundsätzlich in der gleichen Neigung umkreisen, in der sie entstanden sind, was die Untersuchung des Urzustands des Systems erleichtert.
Bisher haben Astronomen über 4.000 Exoplaneten in der Milchstraße entdeckt, und eines der wichtigsten Dinge, die sie uns zeigen können, ist, wie normal (oder nicht) das Sonnensystem tatsächlich ist.
Astronomen haben mittlerweile Messungen der Bahnausrichtung zahlreicher Exoplaneten durchgeführt viele nahe umlaufende Gasriesen zeigen Dies nennt man Sternschräge, wenn die Exoplaneten eines Sterns in einem schiefen Winkel zur Drehachse des Sterns umkreisen.
Mehrplanetensysteme neigen dazu, weniger schräg zu sein - aber niemand hatte es zuvor mit felsigen, erdähnlichen Welten gemessen. Das liegt daran, dass die Sternschräge auf der Grundlage des sogenannten Rossiter-McLaughlin-Effekts gemessen wird, der bei kleinen, schwachen Sternen wie TRAPPIST-1 schwer zu beobachten ist.
So funktioniert das. Wenn wir einen umlaufenden Stern beobachten, wird das Licht von der uns zugewandten Seite in Richtung des blauen Endes des Spektrums in höhere Frequenzen komprimiert. Wir nennen das Blueshift. Das Licht von der von uns wegdrehenden Seite hingegen wird in tiefere Frequenzen gestreckt bzw. rotverschoben.
Wenn sich ein Planet um diesen Stern bewegt, können Sie anhand der zuerst blockierten Wellenlänge erkennen, in welche Richtung er sich bewegt. Und der Exoplanet wirft einen wandernden Doppler-Schatten, der eine Verzerrung erzeugt, die zur direkten Modellierung der Sternschräge verwendet werden kann.
TRAPPIST-1 ist ein Roter Zwerg, was bedeutet, dass er sehr klein und lichtschwach ist, sodass der Rossiter-McLaughlin-Effekt bisher nicht beobachtet werden konnte. Aber das Subaru-Teleskop auf Hawaii wurde kürzlich mit dem InfraRed Doppler (IRD) ausgestattet, einem neuen Infrarotspektrographen mit ausreichend hoher Auflösung, um es zu erkennen.
Als nächstes passierten in der Nacht des 31. August 2018 zufällig drei der TRAPPIST-1-Exoplaneten den Stern in einer einzigen Nacht, sodass das Team in einem einzigen Beobachtungslauf eine Fülle von Daten sammeln konnte. Und es war ein Glück, dass sie es taten. Nur einer der Transite erzeugte einen zuverlässigen Doppler-Schatten – aber er deutete darauf hin, dass die Sternschräge nahe Null lag.
Es ist noch nicht schlüssig – es gab eine ziemlich große Fehlerquote, was bedeutet, dass eine Orbitalfehlausrichtung nicht vollständig ausgeschlossen werden konnte. Es weist jedoch auf einige interessante Möglichkeiten für das TRAPPIST-1-System hin.
Während der Sternbildung ist ein Stern von einer großen, flachen Scheibe aus Staub und Gas umgeben, die in ihn hineinströmt. Wenn der Stern rundlich vollständig ist, bilden der verbleibende Staub und das verbleibende Gas alles andere. Das ist der Grund, warum die Planeten im Sonnensystem so ordentlich geordnet sind, anstatt in alle Richtungen zu kreisen – nichts störte ihre Ausrichtung, also blieben sie einfach an Ort und Stelle.
Wenn sich die Exoplaneten von TRAPPIST-1 in einer sauberen, flachen Äquatorialebene befinden, dann sind auch sie wahrscheinlich weitgehend dort geblieben, wo sie entstanden sind. Allerdings sind die Planeten ziemlich nahe an ihrem Stern angesiedelt; Dies bedeutet, dass diese kompakte Regelung wahrscheinlich eher das Ergebnis einer allmählichen Zuwanderung als irgendein anderer Störfaktor war.
Es könnte auch bedeuten, dass das Fehlen großer Gravitationsstörungen mit größerer Wahrscheinlichkeit zu friedlichen Planeten in bewohnbaren Zonen führt, obwohl diese Schlussfolgerung natürlich viel genauer untersucht werden müsste.
Aber vorerst ist die Arbeit des Teams ein beeindruckender Fortschritt.
„Trotz der Einschränkungen der Daten sind unsere Beobachtungen der Doppler-Transite im TRAPPIST-1-System unseres Wissens die ersten derartigen Beobachtungen für einen so massearmen Stern.“ sie schrieben in ihrer Zeitung .
„Für Sterne, die kälter als 3500 K sind, wurden keine weiteren Ergebnisse gemeldet. Durch die Durchführung zusätzlicher Beobachtungen mit dem IRD und anderen neuen hochauflösenden Infrarotspektrographen wird ein neues Fenster in die Orbitalarchitekturen von Planetensystemen um massearme Sterne geöffnet.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .