Letzte Unbekannte aufgeklärt: Astronomen haben nun auch die Umlaufzeit des äußersten Planeten im System von TRAPPIST-1 bestimmt. Demnach umkreist der bisher am schlechtesten erforschte Begleiter des Roten Zwergs seinen Stern innerhalb von knapp 19 Erdtagen einmal. Das Spannende: Der aus Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Kepler errechnete Wert stimmt erstaunlich exakt mit der theoretischen Vorhersage überein, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten. Damit bestätigt sich, dass die sieben erdähnlichen Planeten des Systems wie in einer Kette aufgereiht sind und in Resonanz zueinander stehen.
Erdähnliche Planeten sind im Universum keine Seltenheit: Selbst in unserer unmittelbaren Nachbarschaft haben Astronomen inzwischen potenzielle Erdzwillinge aufgespürt, darunter den nur vier Lichtjahre entfernten Planeten Proxima Centauri B und eine möglicherweise lebensfreundliche Supererde in knapp 40 Lichtjahren Entfernung. Für besonderes Aufsehen sorgte jüngst jedoch die Entdeckung eines 39 Lichtjahre entfernten Systems um den kühlen Zwergstern TRAPPIST-1. Denn dieses besteht aus gleich sieben erdähnlichen Planeten.
Seit dem spektakulären Fund arbeiten Wissenschaftler unter Hochdruck daran, dem Roten Zwerg und seinen Begleitern ihre Geheimnisse zu entlocken. So fanden sie bereits heraus, dass es auf sechs dieser Exoplaneten flüssiges Wasser geben könnte und mindestens drei von ihnen sogar direkt in der habitablen Zone kreisen. Wo genau der siebte und äußerste Planet, TRAPPIST-h, seine Bahn zieht, war dagegen bislang unklar. Zuletzt war um die Lösung dieser Unbekannten ein internationales Wettrennen entbrannt – nun steht der Gewinner fest.
Wettlauf gegen die Zeit
Rodrigo Luger von der University of Washington in Seattle und seinen Kollegen ist es als Ersten gelungen, die jüngst veröffentlichten Daten der Kepler-Beobachtungskampagne der NASA auszuwerten, die das System um TRAPPIST-1 von Mitte Dezember bis Anfang März unter die Lupe genommen hatte. Dabei sahen sie sich mit einer unerwartet schwierigen Aufgabe konfrontiert: Während die NASA die Daten des Weltraumteleskops normalerweise vor der Veröffentlichung kalibriert, erhielten die Forschenden diesmal nur die Rohdaten.
Das heißt: Das Team um Luger musste Störsignale und „Rauschen“ zunächst selbst herausrechnen. Mithilfe von Computercodes, die sich auf maschinelles Lernen stützen, schafften sie dies in Rekordzeit – auch weil sie Tag und Nacht arbeiteten: „Jede Stunde zählt, wenn man nicht überholt werden will“, sagt Mitautor Brice-Olivier Demory von der Universität Bern.
In 19 Tagen um den Heimatstern
Die Auswertung der Daten ergab schließlich: TRAPPIST-h umkreist seinen Stern innerhalb von knapp 19 Erdtagen einmal. Damit bestätigen die Wissenschaftler, was sie theoretisch bereits vorausgesagt hatten. So waren sie anhand von Daten aus früheren Beobachtungen des Weltraumteleskops Spitzer auf ein mathematisches Muster gestoßen. Demnach stehen die Umlaufperioden der inneren Planeten aufgrund der Wechselwirkungen der Schwerkraft miteinander in Verbindung.
Wenn beispielsweise Planet b den Stern achtmal umkreist, so macht Planet c fünf Umläufe und Planet d drei – Experten sprechen von einem Resonanz-Phänomen. Ist Planet h ebenfalls in Resonanz mit seinen nächstgelegenen Planeten f und g, dann muss seine Umlaufzeit einen von mehreren, bestimmten Werten aufweisen, so die Überlegung.
Insgesamt berechneten die Forscher sechs mögliche Perioden für Planet h, die die Stabilität des Systems nicht stören. Fünf dieser Werte schlossen sie mithilfe der Spitzer-Daten jedoch aus, sodass einer übrig blieb: Eine Umlaufzeit von 18,764 Tagen – jener Wert, den nun auch die Beobachtungen zeigen.
Perfekte Übereinstimmung
„Normalerweise ist die Natur immer für eine Überraschung gut. Doch in diesem Fall passen Theorie und Beobachtung perfekt zusammen“, freut sich Luger. Dass die Planeten wie in einer Kette aufgereiht sind und so harmonisch untereinander interagieren, spricht dem Team zufolge dafür, dass sich ihre orbitalen Beziehungen bereits relativ früh im Entstehungsprozess des Planetensystems gebildet haben.
„Die Resonanzstruktur ist kein Zufall, sondern deutet auf eine interessante, dynamische Entwicklungsgeschichte hin, in der die entstehenden Planeten wahrscheinlich im Gleichschritt nach innen auf ihren Stern zu gewandert sind“, sagt Luger. „Damit eignet sich das System hervorragend, um Theorien zur Planetenentstehung und -migration zu überprüfen.“
Zu kalt für Leben
Die neuen Daten ermöglichten den Wissenschaftlern jedoch nicht nur einen Einblick in die Umlaufzeit von TRAPPIST-h. Zusätzlich fanden sie heraus, dass der Radius des Planeten etwas kleiner ist als derjenige der Erde und seine Temperatur 173 Kelvin oder minus 100 Grad Celsius beträgt – und folglich zu kalt für Leben ist, wie wir es kennen.
Auch über den Zwergstern selbst haben sie dank ihrer Messungen neue Erkenntnisse gewonnen. Demnach dreht sich TRAPPIST-1 innerhalb von 3,3 Erdtagen einmal um seine eigene Achse. Außerdem deuten die beobachteten Sternflecken und Eruptionen dem Team zufolge auf eine relativ niedrige Aktivität hin. Das könnte bedeuten, dass der Heimatstern der sieben Exoplaneten älter ist als bisher angenommen. (Nature Astronomy, 2017; doi: 10.1038/s41550-017-0129)
(NASA/ Universität Bern, 23.05.2017 – DAL)
