Originalveröffentlichung am 08.09.2025 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Auch wenn eine ursprüngliche Atmosphäre nicht wahrscheinlich ist, grenzen Wissenschaftler die Möglichkeiten für die sekundäre Atmosphäre von TRAPPIST-1 e ein, während die Beobachtungen des Exoplaneten durch Webb noch weitergehen
Forscher von Exoplaneten untersuchen derzeit mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA das TRAPPIST-1-System mit sieben erdähnlichen Planeten und demonstrieren damit dessen beispiellose Fähigkeit, detaillierte Informationen über die Atmosphären von Exoplaneten zu erfassen und mit diesen Daten zu arbeiten. Die ersten Ergebnisse liegen nun aus Webb’s Beobachtungen des Planeten e vor, der in der „Goldilocks-Zone” (auch als bewohnbare Zone bezeichnet) seines Muttersterns umläuft, wo es weder zu heiß noch zu kalt ist, sondern unter Umständen genau richtig für flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Planeten. Das heißt, wenn es auch eine Atmosphäre gibt, die den notwendigen Druck liefert, damit Wasser einen stabilen flüssigen Zustand beibehält. Die ersten vier Beobachtungen von Webb reichen zwar nicht aus, um eine Atmosphäre zu bestätigen, aber Wissenschaftler nutzen die Daten, um die Möglichkeiten für den Planeten einzugrenzen, darunter Möglichkeiten wie etwa ein globaler Oberflächenozean oder eine methanreiche Umgebung ähnlich wie auf Saturn’s Mond Titan. Inzwischen laufen weitere innovative Beobachtungen mit Webb, die schließlich zeigen werden, um welche Art von Welt es sich bei TRAPPIST-1 e handelt.
Wissenschaftler beobachten derzeit den Exoplaneten TRAPPIST-1 e mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA. Eine sorgfältige Auswertung der bisherigen Ergebnisse liefert mehrere mögliche Szenarien dafür, wie die Atmosphäre und die Oberfläche des Planeten aussehen könnten, während die wissenschaftlichen Missionen der NASA wichtige Grundlagen schaffen, um die Frage „Sind wir allein im Universum?“ zu beantworten.
„Webb’s Infrarotinstrumente liefern uns mehr Details als je zuvor, und die ersten vier Beobachtungen, die wir von Planet e machen konnten, zeigen uns, womit wir arbeiten müssen, wenn die restlichen Informationen eintreffen“, sagte Néstor Espinoza vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, einem der leitenden Forscher des Teams. Zwei wissenschaftliche Artikel, in denen die ersten Ergebnisse des Teams detailliert beschrieben werden, sind im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht worden.
Von den sieben erdähnlichen Welten, die den roten Zwergstern TRAPPIST-1 umkreisen, ist Planet e von besonderem Interesse, da er den Stern in einer Entfernung umkreist, in der Wasser auf der Oberfläche theoretisch möglich ist – nicht zu heiß, nicht zu kalt – aber nur, wenn der Planet eine Atmosphäre hat. Hier kommt Webb ins Spiel. Die Forscher richteten das leistungsstarke Instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) des Teleskops auf das System, als Planet e seinen Stern passierte beziehungsweise vor ihm vorbeizog. Das Sternenlicht, das durch die Atmosphäre des Planeten dringt, falls es eine gibt, wird teilweise absorbiert, und die entsprechenden Einbrüche im Lichtspektrum, das Webb erreicht, verraten den Astronomen, welche Chemikalien dort zu finden sind. Mit jedem weiteren Transit treten die Bestandteile der Atmosphäre klarer zu Tage, da mehr Daten gesammelt werden.
Primäre Atmosphäre unwahrscheinlich
Obwohl für den Planeten e noch mehrere Möglichkeiten offen sind, da bisher nur vier Transite analysiert wurden, sind die Forscher überzeugt, daß der Planet seine ursprüngliche Atmosphäre nicht mehr besitzt. TRAPPIST-1 ist ein sehr aktiver Stern mit häufigen Flares, daher überrascht es die Forscher nicht, daß jede Wasserstoff-Helium-Atmosphäre, mit der der Planet entstanden sein könnte, durch die Strahlung des Sterns abgetragen worden wäre. Viele Planeten, darunter auch die Erde, bauen jedoch nach dem Verlust ihrer ursprünglichen Atmosphäre eine schwerere sekundäre Atmosphäre auf. Es ist möglich, daß Planet e dazu nie in der Lage war und keine sekundäre Atmosphäre besitzt. Dennoch sagen die Forscher, daß die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein einer Atmosphäre ebenso groß ist, und das Team entwickelte neue Ansätze für die Auswertung der Daten von Webb, um die potenziellen Atmosphären und Oberflächenbedingungen von Planet e zu bestimmen.
Welt mit (weniger) Möglichkeiten
Die Forscher sagen, daß es unwahrscheinlich ist, daß die Atmosphäre von TRAPPIST-1 e von Kohlendioxid dominiert wird, analog zur dichten Atmosphäre der Venus und der dünnen Atmosphäre des Mars. Die Forscher weisen jedoch auch darauf hin, daß es keine direkten Parallelen zu unserem Sonnensystem gibt.
„TRAPPIST-1 ist ein ganz anderer Stern als unsere Sonne, und daher ist auch das Planetensystem um ihn herum ganz anders, was sowohl unsere Beobachtungen als auch unsere theoretischen Annahmen in Frage stellt“, sagte Teammitglied Nikole Lewis, Associate Professor für Astronomie an der Cornell University.
Wenn es auf TRAPPIST-1 e flüssiges Wasser gibt, würde dies laut den Forschern mit einem Treibhauseffekt einhergehen, bei dem verschiedene Gase, insbesondere Kohlendioxid, die Atmosphäre stabil und den Planeten warm halten.
„Ein kleiner Treibhauseffekt kann viel bewirken“, sagte Lewis, und die Messungen schließen nicht aus, daß ausreichend Kohlendioxid vorhanden ist, um etwas Wasser an der Oberfläche zu erhalten. Nach der Analyse des Teams könnte das Wasser die Form eines globalen Ozeans haben oder einen kleineren Bereich des Planeten bedecken, auf dem aufgrund der Nähe zum Stern immer Mittag ist und der von Eis umgeben ist. Dies wäre möglich, da aufgrund der Größe der TRAPPIST-1-Planeten und ihrer nahen Umlaufbahnen um ihren Stern davon ausgegangen wird, daß sie alle gebunden umlaufen, sodaß eine Seite immer dem Stern zugewandt ist und die andere Seite immer im Dunkeln liegt.
Innovative neue Methode
Espinoza und die Ko-Projektleiterin Natalie Allen von der Johns Hopkins University leiten ein Team, das derzeit 15 zusätzliche Beobachtungen des Planeten e mit einer innovativen Neuerung durchführt. Die Wissenschaftler planen die Beobachtungen so, daß Webb die beiden Planeten b und e nacheinander beim Transit vor dem Stern erfaßt. Nach früheren Webb-Beobachtungen des Planeten b, der TRAPPIST-1 am nächsten umkreist, sind die Wissenschaftler ziemlich sicher, daß es sich um einen kahlen Felsen ohne Atmosphäre handelt. Das bedeutet, daß die während des Transits von Planet b erfaßten Signale ausschließlich auf den Stern zurückgeführt werden können, und da Planet e fast zur gleichen Zeit vor dem Stern vorbeizieht, gibt es weniger Komplikationen durch die Variabilität des Sterns. Die Wissenschaftler planen, die Daten beider Planeten zu vergleichen, und alle Hinweise auf Bestandteile, die nur im Spektrum von Planet e auftreten, können seiner Atmosphäre zugeschrieben werden.
„Wir stehen wirklich noch ganz am Anfang, wenn es darum geht, herauszufinden, welche erstaunlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse wir mit Webb gewinnen können. Es ist unglaublich, die Details des Sternenlichts um erdgroße Planeten in 40 Lichtjahren Entfernung zu messen und zu erfahren, wie es dort sein könnte, ob dort Leben möglich wäre“, sagte Ana Glidden, Postdoktorandin am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des Massachusetts Institute of Technology, die die Forschung zu möglichen Atmosphären für den Planeten e leitete. „Wir befinden uns in einem neuen Zeitalter der Erforschung, und es ist sehr spannend, daran teilzunehmen“, sagte sie.
Die vier Durchgänge von TRAPPIST-1 e, die in den heute veröffentlichten neuen Artikeln analysiert wurden, wurden von der DREAMS-Kooperation (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy) des JWST-Teleskop-Wissenschaftsteams gesammelt.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation).
Trappist-1 e (Künstlerischer Entwurf)
Über das Bild: Der erdgroße Exoplanet TRAPPIST-1 e, unten rechts dargestellt, ist als Silhouette zu sehen, während er in dieser künstlerischen Darstellung des TRAPPIST-1-Systems vor seinem flackernden Mutterstern vorbeizieht. Forscher bezeichnen dieses Ereignis als Transit. Dabei können wertvolle Daten gesammelt werden, wenn der Exoplanet zwischen dem Stern und dem Teleskop vorbeizieht und das Sternenlicht die Atmosphäre, sofern vorhanden, beleuchtet. NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop hat erste Beobachtungen der Planeten b, c, d und e während ihrer Transits durchgeführt, wobei weitere Beobachtungen des Planeten e noch im Gange sind. Obwohl die häufigen Flares des Sterns die Erkennung einer Atmosphäre erschweren, liefern die einzelnen Transits den Wissenschaftlern immer mehr Informationen, um sich ein vollständigeres Bild von diesen fernen Welten zu machen.
Transmissionsspektrum von TRAPPIST-1 e (NIRSpec)
Über das Bild: Dieses Diagramm eines Transmissionsspektrums vergleicht Daten, die vom NIRSpec-Instrument (Nahinfrarotspektrograph) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA gesammelt wurden, mit Computermodellen des Exoplaneten TRAPPIST-1 e mit (blau) und ohne (orange) Atmosphäre. Schmälere, dunkler gefärbte Bänder zeigen die wahrscheinlichsten Positionen der Datenpunkte für jedes Modell, während breitere, transparentere Bänder Bereiche zeigen, die weniger wahrscheinlich sind, aber dennoch von den Modellen zugelassen werden. Der graue Bereich zeigt, wo sich diese beiden Modelle überschneiden. Die Forscher können eine Atmosphäre noch nicht mit Sicherheit ausschließen, da viele der Datenpunkte zu beiden Szenarien passen. Wenn Webb weitere Beobachtungen des Exoplaneten durchführt, werden die Forscher in der Lage sein, die atmosphärischen Meßwerte weiter zu verfeinern und zu charakterisieren. Die vorhandenen Daten deuten jedoch darauf hin, daß der Exoplanet keine dichte, wasserstoffreiche Atmosphäre hat, da bei Vorhandensein von Wasserstoff mehrere markante Spitzen erkennbar wären.