19 oktober 2019

Straling en getijdenwerking onderzoek bij TRAPPIST-1 biedt nieuw inzicht in zijn ‘bewoonbare zone’

Het TRAPPIST-1 stersysteem bevindt zich op 40 lichtjaar van de aarde en bezit zeven, qua omvang grofweg de aarde, exoplaneten die rond hun moederster een rode dwerg, cirkelen. Twee nieuwe studies o.l.v. de planetaire wetenschappers  Federico Fraschetti en Hamish Hay resp. van  het Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian en het Lunar and Planetary lab van de Universiteit van Arizona, hebben voor drie van deze zeven planeten de geschiktheid onderzocht voor wat betreft het aantreffen van leven ‘zoals wij dat kennen’ hier op aarde. Deze drie planeten werden tot studieobject verkozen omdat ze zich  in de zogeheten bewoonbare zone bevinden, de regio waar vloeibaar water kan stromen over het planeetoppervlak. Bij hun onderzoek lag de focus op de radiatie van de moederster, Fraschetti’s* team berekende hoe hard de hoge energie deeltjes door de moederster uitgestoten, de planeten raken en ze beïnvloeden. Hamish Hays bevindingen centreerden zich rond getijdenwerking van de TRAPPIST-1-planeten en hoe dit de planeten beïnvloedt en mogelijk vulkanische activiteit stimuleert wat op zijn beurt weer van zonlicht verstoken gebieden en oceanen zou kunnen verwarmen. Ook Hays studie ‘Tides between TRAPPIST-1 planets’** is net als Fraschetti’s artikel recentelijk  gepubliceerd in het Astrophysical Journal. Met deze studies waarbij men tot een herdefinitie van de bewoonbare zone wilde komen kwam men tot de conclusie dat deze factoren, straling en getijdenwerking, de planeten mogelijk toch geschikt maken voor het aantreffen van leven.

Rood en blauw zijn resp. te warm en te koud, de groene band duidt de bewoonbare zone aan credits; NASA JPL Caltech

Een van de eigenaardigheden van het TRAPPIST systeem is dat al de zeven exoplaneten 1b tot en met 1h zeer dicht rond hun moederster cirkelen, met zijn allen zouden ze bijvoorbeeld binnen de baan tussen ‘onze’ planeet Mercurius en de zon passen. Daar TRAPPIST-1a een relatief koele (3300 Celsius koeler dan onze zon bv) rode dwergster is, bevindt de bewoonbare zone zich ook relatief dichtbij de moederster. Maar het is tevens een extreem actieve ster,  en stoot veel meer hoge energie deeltjes uit dan onze zon. Deze straling heeft het potentieel om complexe moleculen die belangrijk zijn voor het leven te verbreken en/of deze planeten effectief te steriliseren voordat het leven zelfs maar een kans krijgt te beginnen. Het onderzoek van Fraschetti trachtte te modelleren hoe hoog-energetische deeltjes zoals protonen zich bewegen nadat ze zijn uitgestoten door TRAPPIST-1. Door hun interacties met het magnetisch veld van de ster te simuleren, ontdekten ze dat de protonen de vierde planeet bombarderen, met name TRAPPIST-1e, de binnenste van de planeten binnen de bewoonbare zone. Helaas wordt dit algemeen beschouwd als de beste kandidaat voor het aantreffen van  leven in het TRAPPIST-1 systeem.

“De flux van deze deeltjes in het TRAPPIST-1-systeem kan tot 1 miljoen keer meer zijn dan de HE deeltjes stromen op aarde, ‘zei Fraschetti. Dit was een verrassing voor de wetenschappers, ook al zijn de planeten veel dichter bij hun ster dan de aarde van de zon af is. Hoogenergetische deeltjes worden door de ruimte meegevoerd langs magnetische velden en het magnetisch veld van TRAPPIST-1a wordt strak om de ster gewikkeld. “Je verwacht dat de deeltjes vast komen te zitten in deze strak omwikkelde magnetische veldlijnen, maar bij introductie van turbulentie, kunnen ze ontsnappen, en bewegen ze loodrecht op het gemiddelde sterrenveld, ” aldus Fraschetti. Zonnevlekken (relatief koelere vlekken veroorzaakt door sterke magneetvelden die convectie van plasma bemoeilijken) op het oppervlak van de ster veroorzaken turbulentie in het magnetische veld, waardoor de protonen zich van de ster afstoten. In welke richting zich de deeltjes vervolgens bewegen, hangt af van hoe het magnetisch veld van de ster van zijn rotatieas af is gebogen. In het TRAPPIST-1-systeem zal de meest waarschijnlijke uitlijning van dit veld energetische protonen direct naar de vierde planeet brengen, waar ze complexe moleculen kunnen afbreken die nodig zijn om het leven op te bouwen – of viceversa ze misschien juist wel dienst kunnen doen als katalysatoren voor het creëren van deze moleculen.

Artistieke impressie TRAPPIST 1A gezien vanuit TRAPPIST-1f, gelegen in de constellatie Aquarius credits; NASA JPL Caltech

Het aards magnetisch veld beschermt ons tegen deze potentieel gevaarlijke deeltjes. Maar voor wat betreft TRAPPIST-1e berekende men dat de planeet een magnetisch veld nodig zou hebben dat honderden malen sterker is dan dat van de aarde om de straling op afstand te houden. Interessant genoeg sluit dat niet noodzakelijk het leven uit. Andere studies hebben gesuggereerd dat de TRAPPIST-planeten waterwerelden zouden kunnen zijn, en diepe oceanen zouden ook het leven tegen deze straling kunnen beschermen. Bij de planeten is er ook sprake van getijdenvergrendeling, wat betekent dat één zijde altijd naar de ster gericht staat terwijl de andere nooit het daglicht ziet. Normaal gesproken zou dat betekenen dat beide zijden voor wat betreft aanwezigheid van leven hetzij of te warm of te koud is, maar in dit geval kunnen getijdenkrachten een rol gaan spelen zoals in de tweede studie besproken. Daarom was het voor de onderzoekers niet afdoende alleen de invloed van de ster op het TRAPPIST-systeem te beschouwen –  maar ook naar de getijdenwerking te kijken zeker gezien het feit dat de zeven exoplaneten zo dicht bij elkaar bewegen. Net zoals de maan invloed op de aarde heeft, kunnen de TRAPPIST exoplaneten van invloed zijn op de getijden van aanwezig oppervlakte water evenals op gesmolten gesteenten ondergronds.

“Het is zo’n uniek proces dat niemand eerder hierover meer in detail heeft nagedacht, ” aldus Hamish Hay, hoofdauteur van ‘Tides between TRAPPIST-1 planets’. Hays team ontdekte dat de twee meest nabij tot de ster gelegen TRAPPIST-planeten zo dicht bij elkaar liggen, zodanig dat ze krachtige eb en vloed bewegingen zouden kunnen teweegbrengen, die op zijn beurt weer sterk genoeg zou kunnen zijn om vulkanische activiteit te voeden. Dat kan op zijn beurt weer helpen een atmosfeer in stand te houden. Dit soort door getijde gevoede verwarming kan ook helpen warmte over te brengen naar de koude nachtzijde van de planeten, waardoor ze mogelijk meer bewoonbaar worden. Het team stelt dat TRAPPIST-1g, de zesde planeet in de rij, waarschijnlijk ook beïnvloed wordt door getijdenkrachten vanuit de ster en de andere planeten. Mocht dit een oceaanwereld blijken te zijn zoals eerder in onderzoek gesuggereerd is dan is dat misschien afdoende om het water warm genoeg te houden en om potentieel leven te ondersteunen. Het TRAPPIST-systeem een categorie M-dwergster blijft een type zonnestelsel dat zeer van belang is bij de zoektocht naar buitenaards leven. Bronnen; New Atlas / Universiteit van Arizona

*Fraschetti et al., Stellar Energetic Particles in the Magnetically Turbulent Habitable Zones of TRAPPIST-1-like Planetary Systems, Astrophysical Journal, 18 maart, 2019. 10.3847/1538-4357/ab05e4

**Hamish C. F. C. Hay and Isamu Matsuyama, Tides Between the TRAPPIST-1 Planets, Astrophysical Journal, 9 april 2019, 2019. DOI: 10.3847/1538-4357/ab0c21  of

https://arxiv.org/pdf/1903.04501.pdf

Comments

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1

    Hallo Angele,

    leuk artikel.
    Ik kan overigens nergens vinden hoe oud TRAPPIST-1(A) is, en of we mogen verwachten of de getijdenwerking al zijn werk heeft gedaan: dat de planeten geen dagen meer hebben.
    Me dunkt dat als de ‘tydal lock’ is ingetreden, er eveneens voldoende tijd kan zijn verstreken dat de afzonderlijke planeten geen magnetisch veld meer hebben omdat de resp. kernen zijn afgekoeld tot onder het smeltpunt van Fe/Ni… (Niet via hetzelfde proces, maar omdat ze allebei tijd vergen? )

    We mogen toch hopen dat SETI naar dit stelsel af en toe ook haar oor(oog) richt… 😉

    Als er rond Sol, nabij de Terra toch eens 6 andere van zulke bollen zouden circuleren zo dichtbij, zouden wij dan niet allang de oversteek hebben gemaakt, of daar kolonies te zetten, of te zoeken naar bv Zeldzame aardes (Lanthaniden!) . Da’s nog even iets anders dan zo’n gortdroge maan, of een Mars en Venus ver weg.

    Groet, Paul

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: