Naar de content

Op Beta Pictoris b duurt de dag maar acht uur

Draaisnelheid van exoplaneet bepaald

ESO L. Calçada/N. Risinger

Voor sommige mensen is 24 uur in een dag al te kort. Dat soort haastige types kunnen maar beter niet op de verre exoplaneet Beta Pictoris b gaan wonen. Astronomen ontdekten dat hij in slechts acht uur om zijn as draait. Het is voor het eerst dat wetenschappers erin slagen de draaisnelheid van een exoplaneet te bepalen.

Beta Pictorus b verklapt massa via het ‘wiebelen’ van zijn ster

Zeer jonge planeten zoals Beta Pictoris b (naar schatting 21 miljoen jaar oud) kunnen astronomen veel vertellen over het ontstaan van planetenstelsels. Van deze exoplaneet waren wel schattingen van de massa, maar een precieze meting ontbrak. Een belangrijk methode voor het bepalen van planeetmassa, werkt namelijke slecht bij dit soort jonge planeten en sterren.

De Leidse astronomen Ignas Snellen en Anthony Brown hebben nu data van de wijlen Hipparcos-satelliet en de modernere Gaia-satelliet gebruikt om de massa van Beta Pictoris b toch te bepalen. Ze keken hiervoor naar de minuscule verschuivingen aan de nachthemel van de ster waar Beta Pictoris b omheen draait. Als gevolg van de draaiing van de planeet om de ster ‘wiebelt’ de ster namelijk een beetje. Dit effect is extreem klein: het komt neer op een voetstap op een afstand van 50.000 kilometer.

Door de lange meetreeks (Hipparcos deed zijn metingen begin jaren 90) konden de astronomen het gewicht vaststellen op ongeveer elf keer de massa van Jupiter. Dat komt overeen met eerdere schattingen. Het is de eerste keer dat de massa van een planeet op deze manier is vastgesteld. De resultaten van het onderzoek zijn op 20 augustus 2018 in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Astronomy gepubliceerd, en wordt toegevoegd aan alles wat we al van de planeet weten.

Impressie van exoplaneet Beta Pictoris b om haar moederster Beta Pictoris.

 ESO L. Calçada/N. Risinger

Er was al redelijk wat bekend over Beta Pictoris b. De exoplaneet draait op ongeveer acht keer de afstand tussen de aarde en de zon om haar ster, op ongeveer 63 lichtjaar van de aarde. Het is een gasreus met ongeveer 10 keer de massa van Jupiter. Nu weten we ook dat een dag op de planeet slechts acht uur duurt.

Niet eerder wisten astronomen de rotatiesnelheid van een exoplaneet te bepalen. Het lukte de wetenschappers onder leiding van de Leidse astronoom Ignas Snellen door het lichtspectrum van de planeet met de Very Large Telescope (VLT) in Chili tot in detail te bestuderen.

Rood- en blauwverschuiving tegelijk

De astronomen keken naar het sterlicht dat door de planeet richting de aarde weerkaatst wordt. Daarin zitten zogenoemde absorptielijnen. Dat zijn bepaalde golflengtes die door de planeet worden geabsorbeerd en daarom niet weerkaatsten. De absorptielijnen worden veroorzaakt door de chemische stoffen ter plekke.

Normaal gesproken zitten deze lijnen op vaste plekken, maar het kan zijn dat ze in het spectrum verschuiven door het dopplereffect. Komt de lichtbron naar je toe dan verschuiven de lijnen in het spectrum richting het blauw, verplaatst de lichtbron zich van je af dan gaan ze richting het rood.

“Wat gebeurt er nu met de absorptielijnen die we van Beta Pictoris b hebben waargenomen?”, zegt Snellen. “Ze worden breder. Dat komt omdat een deel van het planeetoppervlak door de draaiing op ons afkomt, terwijl het aan de andere kant van de planeet van ons afgaat. We zien dus een rood- en blauwverschuiving tegelijk. Dat maakt de lijnen effectief breder.”

Grootte versus rotatiesnelheid

Beta Pictoris b blijkt op de evenaar een draaisnelheid te hebben van wel 100.000 km/h. Sneller dan elke planeet die we in ons zonnestelsel kennen en een groot verschil met de kleine 1700 km/h waarmee de aardse evenaar draait.

Hoe groter de planeet des te sneller haar draaiing. Dat lijkt voor de planeten in ons eigen zonnestelsel te gelden, maar ook voor Beta Pictoris b.

 ESO/I. Snellen (Leiden University)

In eerste instantie was de hoge draaisnelheid van Beta Pictoris b een verrassing, zegt Snellen. “Maar toen we de literatuur in doken leek het eigenlijk in lijn te liggen met de rotaties in ons eigen zonnestelsel. Gezien de grote massa van de planeet valt te verwachten dat zij ook snel ronddraait.”

De draaiing van planeten is een overblijfsel van het vormingsproces. Rotatie van de gaswolk waaruit planeten ontstaan wordt als het ware opgeslagen in de hemellichamen. “Tijdens de groei van een planeet trekt zij meer massa aan uit de gaswolk en krijgt zo meer draaiing mee”, zegt Snellen. “Je kunt beredeneren dat meer massa zo ook voor meer draaiing zorgt. Maar over de precieze mechanismen zijn wetenschappers het eigenlijk nog niet eens.”

Een opname waarop de exoplaneet Beta Pictoris b direct is waargenomen.

 ESO/A.-M. Lagrange et al. via CC BY 4.0

Oppervlakte in kaart brengen

In 2008 kwam Beta Pictoris b al in het nieuws omdat de planeet direct werd waargenomen op een opname van de VLT. Als een zwak puntje verscheen ze op een foto waarop het sterlicht is geblokkeerd. Het is nog steeds een van de weinige exoplaneten waarvan beeld bestaat. Van vrijwel alle andere exoplaneten ontbreken directe opnames omdat ze niet helder genoeg zijn ten opzichte van hun moederster.

Met de methode die Snellen en collega’s gebruikten zouden er zelfs details van het oppervlak van de planeet gezien kunnen worden. Met het zogenoemde doppler imaging kun je bijvoorbeeld heldere plekken waarnemen op het oppervlakte van een hemellichaam. Deze methode wordt al tientallen jaren gebruikt voor het onderzoeken van sterren.

Snellen legt uit hoe dat in zijn werk gaat: “Zodra er door de rotatie een heldere plek op het oppervlakte van een hemellichaam verschijnt dan zal deze in eerste instantie naar ons toe bewegen. Om vervolgens over het planeetoppervlakte weer langzaam van ons wegdraaien. Deze gebeurtenis kun je waarnemen in het spectrum van de planeet als een blauwverschuiving die langzaam over gaat in een roodverschuiving.”

Dat is overigens niet makkelijk. Hoewel de methode al beproeft is met de relatief heldere sterren zal er voor het in kaart brengen van een planeet een gevoeliger instrument nodig zijn dan de instrumenten van de VLT. “Daarvoor moet je minstens een factor twintig gevoeliger zijn”, zegt Snellen. “Komend jaar begint hopelijk de bouw van de Europese Extremely Large Telescope waarmee dat zou moeten lukken.”

De onderzoekers geven zelf uitleg over hun ontdekking.

Bron
  • Snellen I. et al., Fast spin of the young extrasolar planet β Pictoris b, Nature (30 april 2014), DOI:10.1038/nature13253
ReactiesReageer