Das TRAPPIST-1-System, das 2017 von einem Team unter der Leitung des Astronomen Michael Gillon von der Universität Lüttich entdeckt wurde, umfasst sieben erdgroße Planeten, die einen massearmen roten Zwergstern umkreisen. Diese Planeten sind ideale Kandidaten für atmosphärische Studien, die die fortschrittlichen spektroskopischen Fähigkeiten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) nutzen. Eine aktuelle Analyse des innersten Planeten, TRAPPIST-1 b, konzentrierte sich auf seine mid-infraroten Emissionen, um die Wahrscheinlichkeit einer Atmosphäre zu bewerten.
Laut Elsa Ducrot, Co-Autorin der Studie und astronomische Assistentin am CEA Paris, "sind Planeten, die rote Zwerge umkreisen, unsere beste Chance, zum ersten Mal die Atmosphären temperierter Gesteinsplaneten zu studieren, die zwischen den solaren Fluxen von Merkur und Mars liegen." Die TRAPPIST-1-Planeten dienen als ideales Labor für diese wichtige Forschung.
Frühere Daten bei 15 Mikron deuteten darauf hin, dass eine dicke CO2-reiche Atmosphäre unwahrscheinlich war, und bevorzugten ein Modell, in dem der Planet als "nackter dunkler Felsen" ohne Atmosphäre betrachtet wurde. Die neue Studie erweiterte jedoch die Messungen auf 12,8 Mikron und kombinierte diese Ergebnisse mit umfassenden atmosphärischen und Oberflächenmodellen.
Pierre Lagage, Co-Autor und Leiter der Abteilung Astrophysik am CEA Paris, betonte die Bedeutung von Emissionsmessungen zur Vermeidung von stellarer Kontamination, ein häufiges Problem bei der Transit-Spektroskopie um rote Zwerge. Er erklärte: "Emission wurde in den ersten zwei Jahren von JWST schnell zur bevorzugten Methode zur Untersuchung von Gesteinsexoplaneten um rote Zwerge."
Die Ergebnisse stellen das ursprüngliche Modell des nackten Felsens in Frage und schlagen zwei mögliche Szenarien vor: eine Oberfläche aus ultramafischen Gesteinen oder eine Atmosphäre, die reich an CO2 und Dunst ist. Die Anwesenheit von Dunst könnte zu einer thermischen Inversion führen, bei der eine wärmere obere Atmosphäre Sternenlicht absorbiert, was Fragen zur Bildung von Dunst und zur Klimastabilität aufwirft.
Dr. Michiel Min vom SRON-Niederländischen Institut für Raumforschung erklärte: "Diese thermischen Inversionen sind in den Atmosphären von Körpern des Sonnensystems recht häufig, das vielleicht ähnlichste Beispiel ist die neblige Atmosphäre des Saturnmondes Titan." Er betonte jedoch, dass die Chemie der Atmosphäre von TRAPPIST-1 b sich erheblich von der Titan oder anderen Gesteinskörpern im Sonnensystem unterscheiden sollte.
Obwohl die Möglichkeit einer Atmosphäre besteht, glaubt das Forschungsteam, dass das Szenario des nackten Felsens auf der Grundlage der aktuellen Daten wahrscheinlicher bleibt. Zukünftige Beobachtungen, einschließlich Phasenkurvenanalysen zur Überwachung der Wärmeverteilung, werden weitere Klarheit bringen.
Professor Michael Gillon sagte: "Durch die Analyse der Effizienz, mit der Wärme auf dem Planeten umverteilt wird, können Astronomen die Anwesenheit einer Atmosphäre ableiten." Wenn eine Atmosphäre vorhanden ist, sollte die Wärme vom Tageseite zur Nachtseite verteilt werden; ohne Atmosphäre wäre die Wärmeverteilung minimal.
Das laufende Rocky Worlds-Programm des JWST, das 500 Stunden für die Beobachtung terrestrischer Exoplaneten um rote Zwerge einplant, wird zusätzliche Daten liefern, um unser Verständnis von TRAPPIST-1 b zu vertiefen. Diese Ergebnisse werden entscheidend sein, um zu bestimmen, ob diese fernen Gesteinswelten Atmosphären besitzen oder als öde, stille Felsen im Weltraum verbleiben.