In einer kürzlich veröffentlichten Studie in der Astrophysikalische Zeitschriftenbriefeuntersuchte ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität zu Köln, wie Sonneneruptionen, die vom TRAPPIST-1-Stern ausbrechen, die innere Erwärmung seiner umlaufenden Exoplaneten beeinflussen könnten.
Diese Studie hat das Potenzial, uns dabei zu helfen, besser zu verstehen, wie Sonneneruptionen die planetare Evolution beeinflussen. Das TRAPPIST-1-System ist ein exoplanetares System, das sich etwa 39 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, mit mindestens sieben potenziell felsigen Exoplaneten, die einen Stern umkreisen, der 12-mal weniger Masse hat als unsere eigene Sonne. Da der Mutterstern viel kleiner ist als unsere eigene Sonne, sind auch die Planetenbahnen innerhalb des TRAPPIST-1-Systems viel kleiner als unser eigenes Sonnensystem. Wie kann uns diese Studie also helfen, die potenzielle Bewohnbarkeit von Planeten im TRAPPIST-1-System besser zu verstehen?
„Wenn wir die Erde als Ausgangspunkt nehmen, hat die geologische Aktivität die gesamte Oberfläche des Planeten geformt, und die geologische Aktivität wird letztendlich durch die Abkühlung des Planeten angetrieben“, sagte Dr. Dan Bower, Geophysiker am Center for Space and Habitability at der Universität Bern und Co-Autor der Studie.
„Die Erde hat radioaktive Elemente in ihrem Inneren, die Wärme erzeugen und ermöglichen, dass geologische Prozesse über 4,5 Gyr hinaus anhalten. Es stellt sich jedoch die Frage, ob alle Planeten radioaktive Elemente benötigen, um geologische Prozesse voranzutreiben, die eine bewohnbare Oberflächenumgebung schaffen können, die die Entwicklung von Leben ermöglicht. Obwohl einige andere Prozesse innerhalb eines Planeten Wärme erzeugen können, sind sie oft von kurzer Dauer oder erfordern besondere Umstände, was die Hypothese stützen würde, dass geologische Aktivität (und bewohnbare Umgebungen?) möglicherweise selten sind.
Was diese Studie faszinierend macht, ist, dass TRAPPIST-1 als Stern vom Typ M bekannt ist, der viel kleiner als unsere Sonne ist und weit weniger Sonnenstrahlung aussendet.
„M-Sterne (rote Zwerge) sind der häufigste Sterntyp in unserer Sternumgebung, und TRAPPIST-1 hat erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen, seit entdeckt wurde, dass er von sieben erdgroßen Planeten umkreist wird“, erklärte Dr. Bower.
„In unserer Studie haben wir untersucht, wie sich Sternfackeln von TRAPPIST-1 auf das innere Wärmebudget der umlaufenden Planeten auswirken, und entdeckten, dass insbesondere für die Planeten, die dem Stern am nächsten sind, die innere Erwärmung aufgrund der ohmschen Dissipation von Fackeln erheblich ist und die geologische Aktivität antreiben kann Darüber hinaus ist der Prozess langlebig und kann über geologische Zeitskalen andauern, was möglicherweise dazu führt, dass sich die Oberflächenumgebung in Richtung bewohnbar entwickelt oder eine Reihe von bewohnbaren Zuständen durchläuft.Zuvor wurde der Einfluss von Sterneruptionen auf die Bewohnbarkeit hauptsächlich als angenommen angesehen zerstörerisch, zum Beispiel indem die schützende Atmosphäre, die einen Planeten umhüllt, zerstört wird. Unsere Ergebnisse zeigen eine andere Perspektive und zeigen, wie Fackeln tatsächlich die Etablierung einer bewohnbaren oberflächennahen Umgebung fördern können.“
Die ohmsche Dissipation, auch bekannt als ohmscher Verlust, ist definiert als „ein Verlust an elektrischer Energie aufgrund der Umwandlung in Wärme, wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt“. Im Wesentlichen ist es das, was Wissenschaftler verwendet haben, um die Wärmemenge zu berechnen, die ein Planet verliert, auch bekannt als planetare Abkühlung, die alle terrestrischen Planetenkörper – sogar die Erde – treffen.
Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass die planetare Abkühlung, die auf den TRAPPIST-1-Planeten auftritt, ausreicht, um die geologische Aktivität anzutreiben, was zu dickeren Atmosphären führen würde. Die Modelle der Forscher sagen auch voraus, dass das Vorhandensein eines planetaren Magnetfelds diese Erwärmungsergebnisse verbessern kann.
Kürzlich machte das James Webb Space Telescope der NASA seine ersten Beobachtungen des TRAPPIST-1-Systems und stellte fest, dass einer der Planeten in seinem System eine geringe Wahrscheinlichkeit hat, eine Wasserstoffatmosphäre zu besitzen, wie die Gasplaneten in unserem eigenen Sonnensystem. Dies könnte darauf hindeuten, dass mindestens einer der Planeten von TRAPPIST-1 eine eher erdähnliche Atmosphäre wie Erde, Mars und Venus besitzen könnte. Welche Folgeforschung ist für diese Studie geplant, da TRAPPIST-1 Potenzial für das Gebiet der Astrobiologie hat?
„Es gibt zwei offensichtliche Wege, die es zu verfolgen gilt“, erklärt Dr. Bower. „Erstens wird unsere stellare Nachbarschaft von M-Sternen dominiert, sodass Beobachtungskampagnen die flackernde Natur von vielen weiteren M-Sternen neben TRAPPIST-1 beurteilen können. Zweitens wird eine verbesserte Charakterisierung des TRAPPIST-Planetensystems durch Beobachtungen und Modelle unser Verständnis des Planeten verbessern Das wird es uns ermöglichen, unser Modell dahingehend zu verfeinern, ob die Planeten einen Eisenkern haben und ob sie einen großen erdähnlichen Silikatmantel haben.“
„Wir planen, ausgefeiltere physikalische Simulationen durchzuführen, um die Wirkung intrinsischer Magnetfelder besser zu verstehen“, sagte Dr. Alexander Grayver, Heisenberg-Nachwuchsgruppenleiter an der Universität zu Köln und Erstautor der Studie. „Das langfristige Ziel ist es, unser Modell mit Modellen der Atmosphärenbildung und -erosion zu koppeln.“
Mehr Informationen:
Alexander Grayver et al, Innenheizung von felsigen Exoplaneten von Stellar Flares mit Anwendung auf TRAPPIST-1, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/aca287