Je leest:

NASA vindt kleine exoplaneten

NASA vindt kleine exoplaneten

Auteur: | 31 augustus 2004

Planetenjagers van NASA hebben een heel nieuwe groep exoplaneten gevonden; geen grote gasreuzen zoals vroeger, maar kleine jongens, nog geen twintig keer zo zwaar als de aarde. Op weg naar de miniplaneten!

Geoffrey Marcy en R. Paul Butler zijn razend enthousiast. Niet vreemd, want de jagers op planeten buiten ons zonnestelsel hebben een nieuw type van die exoplaneten ( extrasolar planets) aangeboord. Geen hete Jupiters meer, gasreuzen vlakbij een ster, maar planeten van Neptunus-formaat. Met zo’n twintig aardmassa’s per stuk liggen de nieuwe exoplaneten precies op het grensvlak tussen rotsachtige en gasvormige planeten. Sterrenkundigen zoeken al jaren naar rotsachtige planeten zoals Mercurius, Venus, Mars…en de aarde. De twee teams zullen in het prestigieuze Astrophysics Journal publiceren over hun onderzoek.

Marcy en Butler onderzochten zo’n 900 sterren in de omgeving van de zon, waarvan 150 M-dwergen op exoplaneten. Die 150 M-Dwergen zijn heel lichte sterren en staan allemaal binnen 30 lichtjaar van de aarde. In het spectrum van de ster Gliese 436 zagen ze de karakteristieke kleurenwisseling die op een exoplaneet wijst. Gliese 436 staat op 32 lichtjaar van de aarde.

De ster beweegt dan eens van de aarde af en dan eens naar ons toe. Beweegt de ster naar ons toe, dan zorgt het Dopplereffect voor een kleurverschuiving naar het blauw. Als de ster van ons afreist lijkt het licht ervan juist roder te worden. Dit is hetzelfde effect dat een ambulancesirene van toon laat veranderen als hij naar je toe rijdt, je passeert en zich dan weer verwijdert. bron: Geoffrey Marcy

Doppler-methode

Om de Neptunus-klasse op te sporen moesten Marcy en Butler de gebruikelijke zoektactieken tot het uiterste drijven. De gangbare methode om een exoplaneet op te sporen is kijken naar de sterren zelf met de radial velocity of Doppler-methode. Een zware gasreus en zijn ster draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt, als twee kunstschaatsers, een lichte en een zware. De kleine beweging van de ster is te zien als dopplerverschuiving: de ster kleurt iets blauwer als hij naar de aarde toebeweegt en kleurt juist rood als hij van ons afsnelt. Het is te vergelijken met het toonverschil tussen een ambulancesirene die dichterbij komt of verder rijdt.

Multimedia

De dopplermethode werkt helaas niet bij alle exoplaneten. Alleen zware planeten vlakbij hun ster brengen die zó in beweging dat aardse telescopen het geschommel kunnen oppikken…tot nu toe dan! Met de gevoelige Keck 1-telescoop op Hawaii onderzochten Marcy, Butler en hun collega’s Steve Vogt en Debra Fischer de ster Gliese 436. Daar vonden ze met de Doppler-methode een planeet in een bijna cirkelvormige omloopbaan. Een vlieggewicht nog wel.

De planeet rond Gliese 436 is met zijn ongeveer 25 aardmassa’s 13 keer lichter dan Jupiter (318 aardmassa’s). Omdat Gliese 436 zelf zo licht is en doordat de techniek in de loop er jaren sterk verbeterd is, konden Marcy en Butler de minieme wiebel door de exoplaneet toch oppikken. Gliese 436-b, zoals de nieuwe planeet waarschijnlijk gaat heten, draait in 2,64 dagen om zijn ster heen. Een ‘hete Neptunus’ of ‘hete aardachtige’ dus!

Vierling

NASA belegt geen grootse persconferentie voor maar één nieuwe exoplaneet. Naast Gliese 436-b werd een tweede Neptunus-gewicht gevonden door een andere groep sterrenkundigen. Onder leiding van Barbara McArthur (Universiteit van Texas) keken Michael Endl, Fritz Benedict, and Bill Cochran nog eens grondig naar een oude bekende: 55 Cancri in het sterrenbeeld krab. Daar, op zo’n 41 lichtjaar van de aarde, draait een zonnestelsel dat wel wat op het onze lijkt.

Het planetenstelsel rond 55 Cancri lijkt nogal op ons eigen zonnestelsel. Een paar binnenplaneten (helaas gasreuzen in plaats van rotsachtige planeten zoals de aarde, Mars en Venus) en dan, in bijna dezelfde baan als Jupiter bij ons, een flinke gasreus. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

55 Cancri telt voor zover sterrenkundigen wisten drie planeten in cirkelvormige omloopbanen, waarvan er één net zo ver van de ster staat als Jupiter van de zon: 5 AE. De AE is de Astronomische Eenheid, de afstand tussen de aarde en de zon. Als bonus werd in 1999 een grote schijf van stof rond de ster gevonden. Onze eigen zon draagt op 50 AE ook zo’n schijf mee – de Kuiper Gordel, vernoemd naar de Nederlander Gerard Kuiper. Rond 55 Cancri begint de schijf op 27 AE en loopt minstens door tot 44 AE.

In het Lick-observatorium (Universiteit van Californië) keek Debra Fischer nog eens nauwkeurig naar het licht van deze ster. Net als Marcy en Butler eerder kwam ze tot de conclusie dat drie planeten niet genoeg waren om de dopplerverschuivingen van het sterrelicht te verklaren. Fischer speelde alle verzamelde gegevens over de ster door aan Barbara McArthur van de Universiteit van Texas. Die ging voortvarend te werk.

De honderden uren waarnemingstijd die McArthur van Fischer kreeg, waren niet genoeg om zeker te zijn van een vierde planeet. McArthur spitte gegevens door die al in 1987 waren verzameld en organiseerde kijktijd op de Hobby-Eberly Telescope in Texas. Ook reserveerde ze de Hubble-telescoop voor een aantal waarnemingen. En dat harde werk betaalde uit: ze wist het licht van 55 Cancri zó goed vast te leggen dat er nog maar één conclusie mogelijk was. Een vierde planeet in het zonachtige stelsel. De nieuwe planeet weegt 18 aardmassa’s en draait in 2,81 dagen op 0,038 AE om 55 Cancri.

Artist’s impression van de planeten rond 55 Cancri. Twee binnenplaneten vlakbij de ster en een gasreus op 5 AE afstand (de grote Jupiter-achtige). De maan is fictief, maar het plaatje moet ook om een andere reden worden aangepast: de vierde planeet van 18 aardmassa’s staat er nog niet op! Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Samenstelling

En waar zijn deze twee exoplaneten van gemaakt? Het bewijs voor hun aanwezigheid is overweldigend, maar indirect. Ze staan allebei zo dicht bij hun ster, dat die het zwakkere teruggekaatste licht van de planeet volledig overstraalt. De ontdekkers hebben daarom geen idee waar de massa’s nou uit bestaan. “Het kunnen gasreuzen zijn, zoals de Jupiters en Saturnussen die we al eerder hebben gevonden”, zegt Geoff Marcy in een e-mail. “Maar met een massa als Neptunus kan het ook spannender zijn: rots-ijs en een dikke waterstof-helium atmosfeer. Of…gemaakt van rots en ijzer, zoals onze eigen binnenplaneten!”

Gasdwerg of super-aarde?

Nog geen week geleden kwam de ESO (European Soutern Observatory) naar buiten met groots nieuws. Zij waren de eerste die een Uranus-kloon presenteerden. Rond de ster Mu Arae in het zuidelijke sterrenbeeld Ara (altaar) vonden zij een dot van een exoplaneet. Met 14 aardmassa’s is dat de lichtste exoplaneet ooit gevonden! Het team gebruikte het kleine HARPS-instrument (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) van ESO’s La Silla-observatorium in Chili. Rond Mu Arae zoeven nóg twee exoplaneten. Beide gasreuzen hebben een omlooptijd van 650 dagen of meer. De nieuwe aanwinst draait in maar 9,5 dagen om de ster.

Het sterrenbeeld Ara (altaar) aan de zuidelijke sterrenhemel. Mu Arae is een kleine oranjegele ster zoals onze zon. Op deze afbeelding staat de ster aangeduid met de griekse letter mu (m) in het linker bovendeel van de afbeelding. bron: ESO

Hoe kun je gasreuzen en rotsachtige planeten uit elkaar houden? Gasplaneten vormen zich volgens de huidige theorie ver van de moederster als die nog wordt omringd door een schijf van gas en stof. Die stofschijf blijft over nadat een oerwolk van gas samentrekt en in haar binnenste een ster vormt. Ver van de ster af klonteren eerst rotsachtige planetesimalen samen tot een flinke kern. Die kern veegt weer gassen op die in zijn pad komen en wordt een gasreus. Jupiter, Saturnus en Uranus zijn daar prima voorbeelden van. Uranus is met zijn 14,5 aardmassa’s ongeveer zo zwaar als de nieuwe planeet rond Mu Arae. Maar de HARPS-onderzoekers denken, dat de exoplaneet helemaal geen gasreus is.

Vergelijking tussen rotsplaneten, gasreuzen en de tussenklasse van planeten, zo zwaar als Uranus of Neptunus. bron: NASA / JPLKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

De nieuwe planeet is wel érg licht, zeggen ze. En hij bevindt zich ook enorm dicht bij zijn ster – met een ‘jaar’ van 9,5 dag ver binnen de baan die Mercurius om onze eigen zon beschrijft. Als de exoplaneet een gasreus is, werd hij ver van de ster gevormd om daarna naar binnen te migreren. Daarbij zou de planeet veel zwaarder zijn geworden dan 14 aardmassa’s. Dat laat nog maar één mogelijkheid over: een rotsachtige planeet met een dikke atmosfeer.

Is één van de nieuw ontdekte exoplaneten een rotsachtige planeet zoals de aarde? Misschien. Waar ze ook uit bestaan, de drie zijn voor ons onleefbaar omdat ze zo dicht bij hun ster staan. “De Neptunus-kloon rond Gliese 436 is aan de dagkant 337 Celsius”, schat Marcy, “De planeet rond 55 Cancri is nóg warmer: waarschijnlijk wel boven de 1700 Celsius!”

Voor we écht kunnen spreken van een tweede aarde moeten sterrenkundigen nog heel wat kijkuren maken. Want die planeet draait in een jaar om zijn ster in plaats van in een week. Daarom veroorzaakt hij kleinere wiebelingen in het sterrelicht. Ook moet hij nóg lichter zijn dan de drie ‘lichtste’ exoplaneten van deze week. Een hele klus, maar er wordt in Europa en de V.S. met veel plezier naar gezocht. Want de eer als je een planeet als de onze vindt…

Paul Butler is optimistisch. “We hopen, zelfs voor de grote ruimtemissie Terrestrial Planet Finder wordt gelanceerd, routine te krijgen in het vinden van Neptunus-achtige planeten. Daarna gaan we op zoek naar nog kleinere planeten zoals de aarde.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 31 augustus 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.