De syv exoplaneter, som kredser om den ikke-så-fjerne kolde dværgstjerne TRAPPIST-1 består alle hovedsagelig af klipper, og nogle af den har måske meget mere vand end Jorden har. Det er en ny videnskabelig undersøgelse, som har forbedret vores viden om tætheden for exoplaneterne. Nogle af dem kan have op til 5% vand - og det er omkring 250 gange mere end hvad der er i Jordens oceaner. De varmeste af exoplaneterne, som er tættest på deres stjerne, har sandsynligvis tætte atmosfærer med masser af vanddamp, og de fjerne af exoplaneterne har is på overfladen. Den fjerde exoplanet er den, som mest ligner Jorden, både med hensyn til tæthed, størrelse og den mængde stråling, som den modtager fra stjernen. Den exoplanet er den, som ser ud til at have mest klippemateriale, og på den kan der være flydende vand.

Kun 40 lysår fra Jorden findes en svag rød stjerne TRAPPIST-1, som blev opdaget med teleskopet TRAPPIST-South på ESOs La Silla Observatorium in 2016. I året, der fulgte blev stjernen observeret både fra jordbaserede teleskoper; blandt andre ESOs Very Large Telescope og NASAs rumteleskop Spitzer, og studierne viset, at der er ikke mindre end syv exoplaneter i dette planetsystem, og at de alle er nogenlunde på samme størrelse som Jorden. De kaldes TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g og h i rækkefølge inde fra stjernen.

Trappist 1 planetsystemet
Flere observationer, både fra jorden og fra rummet, har gjort det muligt at bestemme planeternes tætheder med meget større nøjagtighed, end hidtil. Det er er forskerhold ledet af Simon Grimm fra Berns universitet i Schweiz, som har brugt meget komplekse computermodeller på alle de data, som indtil nu er indsamlet fra blandt andet det næsten færdige anlæg SPECULOOS på ESOs Paranal Observatorium, og fra NASAs rumteleskoper Spitzer og Kepler.

Simon Grimm forklarer her, hvordan man finder exoplaneternes masser: "TRAPPIST-1 planeterne er så tæt sammen, at de påvirker hinanden via deres tyngdekræfter. Det påvirker de tidspunkter, hvor vi ser dem passere ind foran stjernen, en lille smule. Ændringerne afhænger af exoplaneternes masser, af deres afstande og af de andre værdier, som bestemmer banerne. Med vores computermodel kan vi simulere exoplanetbanerne, og ændre dem indtil de passager, vi beregner passer med dem, vi observerer. Ud fra det, kan vi så udlede exoplaneternes virkelige masser."

Medlem af forskerholdet Eric Agol har en kommentar til betydningen: "I nogen tid har det været målet for studierne af exoplaneter at finde ud af, hvordan de exoplaneter, som ligner Jorden med hensyn til størrelse og temperaturer, er sammensat. Det har vi fået meget bedre muligheder for ved opdagelsen af TRAPPIST-1 og med ESOs udstyr i Chile og NASAs Spitzer rumteleskop. For første gang har vi nu en ide om, hvad de jordlignende exoplaneter består af!"

Målingerne af tæthederne, altså gennemsnitsmassefylden, sat i relation til modeller for exoplaneternes sammensætning antyder stærkt, at de syv TRAPPIST-1 planeter ikke kun er øde klippeverdener. Det ser ud til, at de også består af betydelige mængder af flygtige stoffer - og det er sandsynligvis vand. I nogle tilfælde helt op til 5% af planetmassen. Det er enormt meget sammenlignet med Jorden, som kun har cirka 0,02% vand, regnet efter vægt.

"Selvom tæthederne giver vigtigt tips om exoplaneternes sammensætning, siger de ikke noget om, om man kan bo på dem. Men vore resultater her er et vigtigt fremskridt, og vi går videre med at undersøge om nogle af disse exoplaneter kan huse liv," siger Brice-Olivier Demory, som er medforfatter, og som kommer fra universitetet i Bern.

TRAPPIST-1b og c, som er de inderste exoplaneter, har sandsynligvis kerner af klippemateriale, og de omgives af atmosfærer, som er meget tættere end Jordens. TRAPPIST-1d er den letteste af de syv - den vejer kun cirka 30% af Jordens masse, og forskerne er ikke sikre på, om den har en tæt atmosfære, et ocean eller et lag is.

Jordlignende ecoplanetDet var overraskende for forskerne, at TRAPPIST-1e er den eneste af exoplaneterne, som har en lidt større tæthed end Jorden. Det kan betyde, at den kan have en større jernkerne, og at den ikke nødvendigvis har en tæt atmosfære, et ocean eller et islag. Det er svært at forklare hvorfor TRAPPIST-1e er så meget tættere end de andre, men det er den exoplanet i systemet, som mest ligner Jorden med hensyn til størrelse, tæthed og mængden af stråling, som den modtager fra sin stjerne.

TRAPPIST-1f, g og h er langt nok fra værtsstjernen til at vandet kan være frosset til is på overfladen. Hvis de har en tynd atmosfære, indeholder de næppe de tunge molekyler, som vi finder her på Jorden, som for eksempel kuldioxid.

"Det er interessant, at de exoplaneter, som har størst tæthed ikke også er dem, der befinder sig tættest på stjernen, og at de koldeste af planeterne ikke kan have en tæt atmosfære," bemærker Caroline Dorn, som er medforfatter og baseret ved Zürichs universitet.

Også i fremtiden vil der være et intenst focus på TRAPPIST-1 systemet, hvor flere forskningsfaciliteter kommer i spil. Det drejer sig for eksempel om ESOs Extremely Large Telescope og NASA/ESA/CSAs James Webb Space Telescope.

Astronomerne arbejder også hårdt med at lede efter yderligere paneter omkring andre svagtlysende røde stjerner af TRAPPIST-1s type. Gruppemedlem Michaël Gillon forklarer: "Resultaterne her understreger den store interesse, der er, for at udforske nære meget kolde dværgstjerner - som for eksempel TRAPPIST-1 - efter jordlignende exoplaneter i transit. Det er lige netop målsætningen med SPECULOOS, som er vores nye projekt med jagt på exoplaneter, som skal lige til at begynde ved ESOs Paranalobservatorium i Chile."