Een Europees team van astronomen [1] heeft de lichtst bekende planeet ontdekt die in een andere ster dan de zon draait (een "exoplaneet").
De nieuwe exoplaneet draait om de heldere ster Mu Arae in het zuidelijke altaarconstellatie. Het is de tweede planeet die rond deze ster is ontdekt en voltooit een volledige revolutie in 9,5 dagen.
Met een massa van slechts 14 keer de massa van de aarde, ligt de nieuwe planeet op de drempel van de grootst mogelijke rotsachtige planeten, waardoor het een mogelijk superaardachtig object wordt. Uranus, de kleinste van de gigantische planeten van het zonnestelsel, heeft een vergelijkbare massa. Uranus en de nieuwe exoplaneet verschillen echter zo sterk door hun afstand tot de gastster dat hun vorming en structuur waarschijnlijk heel verschillend zullen zijn.
Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt door de ongekende nauwkeurigheid van de HARPS-spectrograaf op ESO's 3,6-meter telescoop in La Silla, waarmee radiale snelheden kunnen worden gemeten met een precisie beter dan 1 m / s. Het is weer een duidelijke demonstratie van het Europese leiderschap op het gebied van exoplaneetonderzoek.
Een unieke planeetjachtmachine
Sinds de eerste detectie in 1995 van een planeet rond de ster 51 Peg door Michel Mayor en Didier Queloz van het Observatorium van Genève (Zwitserland), hebben astronomen geleerd dat ons zonnestelsel niet uniek is, aangezien er meer dan 120 gigantische planeten rond andere sterren werden ontdekt meestal via radiale snelheidsonderzoeken (zie ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 en ESO PR 03/03).
Deze fundamentele waarnemingsmethode is gebaseerd op het detecteren van variaties in de snelheid van de centrale ster, als gevolg van de veranderende richting van de zwaartekracht van een (ongeziene) exoplaneet terwijl deze om de ster draait. De evaluatie van de gemeten snelheidsvariaties maakt het mogelijk om de baan van de planeet af te leiden, met name de periode en de afstand tot de ster, evenals een minimale massa [2].
De voortdurende zoektocht naar exoplaneten vereist betere en betere instrumentatie. In deze context nam ESO ongetwijfeld het voortouw met de nieuwe HARPS-spectrograaf (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) van de 3,6-meter telescoop van ESO La Silla Observatory (zie ESO PR 06/03). Dit unieke instrument, dat in oktober 2003 werd aangeboden aan de onderzoeksgemeenschap in de ESO-lidstaten, is geoptimaliseerd om planeten in een baan rond andere sterren ("exoplaneten") te detecteren door middel van nauwkeurige (radiale) snelheidsmetingen met een ongeëvenaarde precisie van 1 meter per seconde .
HARPS is gebouwd door een Europees consortium [3] in samenwerking met ESO. Al vanaf het begin van zijn werking heeft het zijn zeer hoge efficiëntie aangetoond. In vergelijking met CORALIE, een andere bekende geoptimaliseerde spectrograaf voor planeetjacht, geïnstalleerd op de Swiss-Euler 1,2-meter telescoop in La Silla (cf. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), zijn de typische observatietijden verkort met een factor honderd en de nauwkeurigheid van de metingen is met een factor tien verhoogd.
Deze verbeteringen hebben nieuwe perspectieven geopend bij het zoeken naar planeten buiten de zon en hebben nieuwe normen gesteld op het gebied van instrumentele precisie.
Het planetaire systeem rond Mu Arae
De ster Mu Arae is ongeveer 50 lichtjaar van ons verwijderd. Deze zonne-achtige ster bevindt zich in het zuidelijke sterrenbeeld Ara (het altaar) en is helder genoeg (magnitude 5) om met het blote oog te kunnen worden waargenomen.
Het was al bekend dat Mu Arae een planeet van Jupiter-formaat herbergde met een omlooptijd van 650 dagen. Eerdere waarnemingen wezen ook op de aanwezigheid van een andere metgezel (een planeet of een ster) veel verder weg.
De nieuwe metingen van de astronomen aan dit object, gecombineerd met gegevens van andere teams, bevestigen dit beeld. Maar zoals Fran? Ois Bouchy, lid van het team, stelt: “Niet alleen bevestigden de nieuwe HARPS-metingen wat we eerder dachten te weten over deze ster, maar ze toonden ook aan dat er een extra planeet in een korte baan om de aarde aanwezig was. En deze nieuwe planeet lijkt de kleinste tot nu toe ontdekt rond een andere ster dan de zon. Dit maakt Mu Arae tot een heel opwindend planetair systeem. '
Gedurende 8 nachten in juni 2004 werd mu Arae herhaaldelijk waargenomen en de radiale snelheid werd gemeten door HARPS om informatie te verkrijgen over het inwendige van de ster. Deze zogenaamde astero-seismologische techniek (zie ESO PR 15/01) bestudeert de kleine akoestische golven die ervoor zorgen dat het oppervlak van de ster periodiek in en uit pulseert. Door de interne structuur van de ster te kennen, wilden de astronomen de oorsprong begrijpen van de ongebruikelijke hoeveelheid zware elementen die in zijn stellaire atmosfeer worden waargenomen. Deze ongebruikelijke chemische samenstelling kan unieke informatie verschaffen over de geschiedenis van de planeetvorming.
Nuno Santos, een ander lid van het team, zegt: "Tot onze verbazing onthulde de analyse van de nieuwe metingen een radiale snelheidsvariatie met een periode van 9,5 dagen bovenop het akoestische oscillatiesignaal!"
Deze ontdekking is mogelijk gemaakt dankzij het grote aantal metingen dat is verkregen tijdens de astero-seimologiecampagne.
Vanaf deze datum werd de ster, die ook deel uitmaakte van het HARPS-consortiumonderzoekprogramma, regelmatig gecontroleerd met een zorgvuldige observatiestrategie om de "seismische ruis" van de ster te verminderen.
Deze nieuwe gegevens bevestigden zowel de amplitude als de periodiciteit van de radiale snelheidsvariaties die werden gevonden tijdens de 8 nachten in juni. De astronomen hadden nog maar één overtuigende verklaring voor dit periodieke signaal: een tweede planeet draait om mu Arae en bereikt een volledige revolutie in 9,5 dagen.
Maar dit was niet de enige verrassing: van de radiale snelheidsamplitude, dat is de grootte van de schommeling veroorzaakt door de zwaartekracht van de planeet op de ster, hebben de astronomen een massa voor de planeet afgeleid van slechts 14 keer de massa van de aarde ! Dit gaat over de massa van Uranus, de kleinste van de gigantische planeten in het zonnestelsel.
De nieuw gevonden exoplaneet vestigt daarom een nieuw record in de kleinste planeet die rond een zonnetype-ster is ontdekt.
Aan de grens
De massa van deze planeet plaatst haar op de grens tussen de zeer grote aardachtige (rotsachtige) planeten en reuzenplaneten.
Aangezien de huidige modellen voor planetaire vorming nog lang niet in staat zijn om alle verbazingwekkende diversiteit te verklaren die is waargenomen tussen de ontdekte extrasolaire planeten, kunnen astronomen alleen speculeren over de ware aard van het huidige object. In het huidige paradigma van de vorming van gigantische planeten wordt eerst een kern gevormd door de aanwas van solide "planetesimalen". Zodra deze kern een kritische massa bereikt, hoopt het gas zich op een "weggelopen" manier op en neemt de massa van de planeet snel toe. In het huidige geval is het onwaarschijnlijk dat deze latere fase is gebeurd, omdat de planeet anders veel massiever zou zijn geworden. Bovendien, aangezien recente modellen hebben aangetoond dat migratie de vormingstijd verkort, is het onwaarschijnlijk dat het huidige object over grote afstanden is gemigreerd en van zo'n kleine massa is gebleven.
Dit object zal daarom waarschijnlijk een planeet zijn met een rotsachtige (geen ijzige) kern omgeven door een kleine (in de orde van een tiende van de totale massa) gasomhulling en zou daarom kwalificeren als een "superaarde".
Verdere vooruitzichten
Het HARPS-consortium, geleid door Michel Mayor (Observatorium van Genève, Zwitserland), heeft gedurende een periode van 5 jaar 100 waarnemingsnachten per jaar gekregen bij de ESO 3,6-meter telescoop om een van de meest ambitieuze systematische zoektochten naar exoplaneten tot nu toe uit te voeren wereldwijd. Daartoe meet het consortium herhaaldelijk snelheden van honderden sterren die mogelijk planetaire systemen herbergen.
De detectie van deze nieuwe lichtplaneet na minder dan 1 jaar in bedrijf te zijn, toont het uitstekende potentieel van HARPS aan voor het detecteren van rotsachtige planeten op korte banen. Nadere analyse toont aan dat met HARPS bereikte prestaties de detectie van grote "tellurische" planeten met slechts een paar keer de massa van de aarde mogelijk maken. Een dergelijke mogelijkheid is een grote verbetering vergeleken met eerdere planeetonderzoeken. Detectie van dergelijke rotsachtige objecten versterkt de interesse van toekomstige transitdetecties vanuit de ruimte met missies als COROT, Eddington en KEPLER die hun straal kunnen meten.
Meer informatie
Het in dit persbericht beschreven onderzoek is ingediend voor publicatie bij het toonaangevende astrofysische tijdschrift "Astronomy and Astrophysics". Een preprint is beschikbaar als postscript-bestand op http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Opmerkingen
[1]: Het team bestaat uit Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran? Ois Bouchy en Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Frankrijk), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry en Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Zwitserland), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Frankrijk), Gaspare Lo Curto en Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Frankrijk), Willy Benz en Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Zwitserland), en Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri? Re-le-Buisson, Parijs, Frankrijk) .
[2] Een fundamentele beperking van de radiale-snelheidsmethode is het onbekend zijn van de helling van de planetaire baan die alleen de bepaling van een lagere massalimiet voor de planeet toelaat. Statistische overwegingen geven echter aan dat in de meeste gevallen de werkelijke massa niet veel hoger zal zijn dan deze waarde. De massa-eenheden voor de exoplaneten die in deze tekst worden gebruikt, zijn 1 Jupiter-massa = 22 Uranus-massa's = 318 Aardmassa's; 1 Uranus-massa = 14,5 massa van de aarde.
[3] HARPS is ontworpen en gebouwd door een internationaal consortium van onderzoeksinstituten, geleid door het Observatoire de Gen? Ve (Zwitserland) en met inbegrip van Observatoire de Haute-Provence (Frankrijk), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Zwitserland), de Service d'Aeronomie (CNRS, Frankrijk), evenals ESO La Silla en ESO Garching.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
