TRAPPIST-1 Planetenbahnen nicht falsch ausgerichtet

Sterne wie die Sonne sind nicht statisch, sondern drehen sich um eine Achse. Diese Drehung macht sich am deutlichsten bemerkbar, wenn sich Merkmale wie Sonnenflecken auf der Oberfläche des Sterns befinden. Im Sonnensystem sind die Umlaufbahnen aller Planeten auf 6 Grad mit der Rotation der Sonne ausgerichtet. In der Vergangenheit wurde angenommen, dass Planetenbahnen mit der Rotation des Sterns ausgerichtet sind, aber es gibt jetzt viele bekannte Beispiele für Exoplanetensysteme, bei denen die Planetenbahnen stark falsch zur Rotation des Zentralsterns ausgerichtet sind. Dies wirft die Frage auf: Können sich Planetensysteme mit einer anderen Ausrichtung bilden, oder waren die beobachteten falsch ausgerichteten Systeme zunächst ausgerichtet und wurden später durch eine Störung aus der Richtung geworfen? Das TRAPPIST-1-System hat Aufmerksamkeit erregt, da es drei kleine felsige Planeten in oder in der Nähe der bewohnbaren Zone hat, in der flüssiges Wasser existieren kann. Der Zentralstern ist ein sehr massearmer und kühler Stern, der als M-Zwerg bezeichnet wird, und diese Planeten befinden sich sehr nahe am Zentralstern. Daher unterscheidet sich dieses Planetensystem sehr von unserem Sonnensystem. Die Bestimmung der Geschichte dieses Systems ist wichtig, da hiermit festgestellt werden kann, ob einer der potenziell bewohnbaren Planeten tatsächlich bewohnbar ist. Es ist aber auch ein interessantes System, da es keine Objekte in der Nähe gibt, die die Umlaufbahnen der Planeten hätten stören können, was bedeutet, dass sich die Umlaufbahnen immer noch in der Nähe der Stelle befinden sollten, an der sich die Planeten zuerst gebildet haben. Dies gibt Astronomen die Möglichkeit, die ursprünglichen Bedingungen des Systems zu untersuchen. 

Da sich Sterne drehen, hat die in die Ansicht rotierende Seite eine Relativgeschwindigkeit zum Betrachter, während die aus der Sicht rotierende Seite eine Relativgeschwindigkeit vom Betrachter weg hat. Wenn ein Planet durchläuft, zwischen dem Stern und der Erde hindurchgeht und einen kleinen Teil des Lichts vom Stern blockiert, ist es möglich zu erkennen, welche Kante des Sterns der Planet zuerst blockiert. Dieses Phänomen wird als Rossiter-McLaughlin-Effekt bezeichnet. Mit dieser Methode ist es möglich, die Fehlausrichtung zwischen der Planetenbahn und der Rotation des Sterns zu messen. Bisher beschränkten sich diese Beobachtungen jedoch auf große Planeten wie Jupiter- oder Neptun-ähnliche Planeten.

Ein Forscherteam, darunter Mitglieder des Tokyo Institute of Technology und des Astrobiology Center in Japan, beobachtete TRAPPIST-1 mit dem Subaru-Teleskop, um nach einer Fehlausrichtung zwischen den Planetenbahnen und dem Stern zu suchen. Das Team nutzte eine Chance am 31. August 2018, als drei der Exoplaneten, die TRAPPIST-1 umkreisten, in einer einzigen Nacht vor dem Stern flogen. Zwei der drei waren felsige Planeten in der Nähe der bewohnbaren Zone. Da massearme Sterne im Allgemeinen schwach sind, war es unmöglich, die Sternschräge (Spin-Orbit-Winkel) für TRAPPIST-1 zu untersuchen. Dank der Lichtsammelkraft des Subaru-Teleskops und der hohen spektralen Auflösung des neuen Infrarotspektrographen IRD konnte das Team die Schrägstellung messen. Sie fanden heraus, dass die Neigung gering war und nahe Null lag.

Der Leiter des Teams, Teruyuki Hirano vom Tokyo Institute of Technology, warnt jedoch: „Die Daten deuten auf eine Ausrichtung des Sternspins mit den Planetenorbitalachsen hin, aber die Genauigkeit der Messungen war nicht gut genug, um einen kleinen Spin vollständig auszuschließen. Dies ist jedoch die erste Entdeckung des Effekts bei erdähnlichen Planeten, und mehr Arbeit wird dieses bemerkenswerte Exoplanetensystem besser charakterisieren. “

Diese Ergebnisse erschienen als Hirano, T. et. al. "Evidence for Spin-Orbit Alignment im TRAPPIST-1-System" in The Astrophysical Journal Letters vom 25. Februar 2020.

Quelle und weitere Informationen unter: https://www.nao.ac.jp/en/news/science/2020/20200514-abc.html