Last year, three Earth-sized planets were discovered to be orbiting the nearby Jupiter-sized star TRAPPIST-1; now, follow-up photometric observations from the ground and from space show that there are at least seven Earth-sized planets in this star system, and that they might be the right temperature to harbour liquid water on their surfaces. Michaël Gillon et al. report the results of a photometric monitoring campaign of the star TRAPPIST-1 from the ground and space. They reveal that at least seven planets with sizes and masses similar to Earth revolve around this Jupiter-sized star. These planets all have equilibrium temperatures low enough to make it possible for liquid water to exist on their surfaces. One aim of modern astronomy is to detect temperate, Earth-like exoplanets that are well suited for atmospheric characterization. Recently, three Earth-sized planets were detected that transit (that is, pass in front of) a star with a mass just eight per cent that of the Sun, located 12 parsecs away1. The transiting configuration of these planets, combined with the Jupiter-like size of their host star—named TRAPPIST-1—makes possible in-depth studies of their atmospheric properties with present-day and future astronomical facilities1,2,3. Here we report the results of a photometric monitoring campaign of that star from the ground and space. Our observations reveal that at least seven planets with sizes and masses similar to those of Earth revolve around TRAPPIST-1. The six inner planets form a near-resonant chain, such that their orbital periods (1.51, 2.42, 4.04, 6.06, 9.1 and 12.35 days) are near-ratios of small integers. This architecture suggests that the planets formed farther from the star and migrated inwards4,5. Moreover, the seven planets have equilibrium temperatures low enough to make possible the presence of liquid water on their surfaces6,7,8.

Star-like objects with effective temperatures of less than 2,700 kelvin are referred to as ultracool dwarfs. This heterogeneous group includes stars of extremely low mass as well as brown dwarfs (substellar objects not massive enough to sustain hydrogen fusion), and represents about 15 per cent of the population of astronomical objects near the Sun. Core-accretion theory predicts that, given the small masses of these ultracool dwarfs, and the small sizes of their protoplanetary disk, there should be a large but hitherto undetected population of terrestrial planets orbiting them - ranging from metal-rich Mercury-sized planets to more hospitable volatile-rich Earth-sized planets. Here we report observations of three short-period Earth-sized planets transiting an ultracool dwarf star only 12 parsecs away. The inner two planets receive four times and two times the irradiation of Earth, respectively, placing them close to the inner edge of the habitable zone of the star. Our data suggest that 11 orbits remain possible for the third planet, the most likely resulting in irradiation significantly less than that received by Earth. The infrared brightness of the host star, combined with its Jupiter-like size, offers the possibility of thoroughly characterizing the components of this nearby planetary system.

Abstract We have collected transit times for the TRAPPIST-1 system with the Spitzer Space Telescope over four years. We add to these ground-based, HST, and K2 transit-time measurements, and revisit an N -body dynamical analysis of the seven-planet system using our complete set of times from which we refine the mass ratios of the planets to the star. We next carry out a photodynamical analysis of the Spitzer light curves to derive the density of the host star and the planet densities. We find that all seven planets’ densities may be described with a single rocky mass–radius relation which is depleted in iron relative to Earth, with Fe 21 wt% versus 32 wt% for Earth, and otherwise Earth-like in composition. Alternatively, the planets may have an Earth-like composition but enhanced in light elements, such as a surface water layer or a core-free structure with oxidized iron in the mantle. We measure planet masses to a precision of 3%–5%, equivalent to a radial-velocity (RV) precision of 2.5 cm s −1 , or two orders of magnitude more precise than current RV capabilities. We find the eccentricities of the planets are very small, the orbits are extremely coplanar, and the system is stable on 10 Myr timescales. We find evidence of infrequent timing outliers, which we cannot explain with an eighth planet; we instead account for the outliers using a robust likelihood function. We forecast JWST timing observations and speculate on possible implications of the planet densities for the formation, migration, and evolution of the planet system.