Vijftien jaar geleden moesten de grootste telescopen ter wereld nog een planeet om een andere ster lokaliseren. Tegenwoordig blijken telescopen die niet groter zijn dan die welke in warenhuizen verkrijgbaar zijn, in staat om voorheen onbekende werelden te spotten. Een pas ontdekte planeet die wordt gedetecteerd door een kleine telescoop met een diameter van 4 inch, laat zien dat we aan de vooravond staan van een nieuw tijdperk van planeetontdekking. Binnenkort kunnen nieuwe werelden zich in een steeds sneller tempo bevinden, waardoor de detectie van de eerste wereldgrote wereld een stap dichterbij komt.
"Deze ontdekking toont aan dat zelfs bescheiden telescopen een enorme bijdrage kunnen leveren aan het zoeken naar planeten", zegt Guillermo Torres van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), een coauteur van de studie.
Dit onderzoek zal online worden gepost op http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 en zal verschijnen in een aankomend nummer van The Astrophysical Journal Letters.
Dit is de allereerste ontdekking van een extrasolaire planeet die is gedaan door een speciaal onderzoek van vele duizenden relatief heldere sterren in grote delen van de hemel. Het is gemaakt met behulp van de Trans-Atlantic Exoplanet Survey (TrES), een netwerk van kleine, relatief goedkope telescopen die speciaal zijn ontworpen om specifiek te zoeken naar planeten die in een baan om heldere sterren draaien. Een team van wetenschappers onder leiding van David Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Brown van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) en Edward Dunham van Lowell Observatory hebben het TrES-netwerk ontwikkeld. De eerste ondersteuning voor het TrES-netwerk kwam van NASA's Jet Propulsion Laboratory en het California Institute of Technology.
'Er waren verschillende Ph.D. wetenschappers die fulltime bezig zijn met het ontwikkelen van de data-analysemethoden voor dit zoekprogramma, maar de apparatuur zelf gebruikt eenvoudige, kant-en-klare componenten ”, zegt Charbonneau.
Hoewel de kleine telescopen van het TrES-netwerk de eerste ontdekking deden, waren vervolgwaarnemingen bij andere faciliteiten vereist. Observaties bij de W.M. De Keck-sterrenwacht, die voor de Universiteit van Californië, Caltech en NASA de twee grootste telescopen ter wereld op Hawaï bedient, was bijzonder cruciaal voor het bevestigen van het bestaan van de planeet.
Planet Shadows
De pas ontdekte planeet is een gasreus van Jupiter-grootte die om een ster draait op ongeveer 500 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Lyra. Deze wereld omcirkelt elke 3.03 dagen zijn ster op een afstand van slechts 4 miljoen mijl, veel dichterbij en sneller dan de planeet Mercurius in ons zonnestelsel.
Astronomen gebruikten een innovatieve techniek om deze nieuwe wereld te ontdekken. Het werd gevonden door de 'transitmethode', die zoekt naar een duik in de helderheid van een ster wanneer een planeet recht voor de ster kruist en een schaduw werpt. Een planeet van Jupiter-formaat blokkeert slechts ongeveer 1 / 100ste van het licht van een zonachtige ster, maar dat is genoeg om het detecteerbaar te maken.
Om succesvol te zijn, moeten doorvoeronderzoeken veel sterren onderzoeken, omdat we alleen een doorvoer zien als een planetair systeem bijna op onze gezichtslijn is geplaatst. Er zijn momenteel een aantal verschillende doorvoeronderzoeken gaande. De meesten onderzoeken beperkte delen van de hemel en richten zich op zwakkere sterren omdat ze vaker voorkomen, waardoor de kans op het vinden van een overgangssysteem groter wordt. Het TrES-netwerk concentreert zich echter op het zoeken naar helderdere sterren in grotere delen van de lucht omdat planeten die om heldere sterren draaien gemakkelijker rechtstreeks te bestuderen zijn.
'Het enige waar we mee moeten werken is het licht dat van de ster komt', zegt Brown. "Het is veel moeilijker om iets te leren als de sterren zwak zijn."
"Het is bijna paradoxaal dat kleine telescopen efficiënter zijn dan de grootste als je de transportmethode gebruikt, aangezien we in een tijd leven waarin astronomen al telescopen met een diameter van 100 meter plannen", zegt hoofdauteur Roi Alonso van het Astrophysical Institute of de Canarische Eilanden (IAC), die de nieuwe planeet ontdekten.
De meeste bekende exoplaneten werden gevonden met behulp van de 'Doppler-methode', die het zwaartekrachtseffect van een planeet spectroscopisch detecteert door het licht van de ster in zijn samenstellende kleuren te breken. De informatie die over een planeet kan worden verzameld met behulp van de Doppler-methode is echter beperkt. Zo kan bijvoorbeeld alleen een ondergrens van de massa worden bepaald omdat de hoek waaronder we het systeem bekijken onbekend is. Een zware bruine dwerg waarvan de baan sterk naar onze gezichtslijn neigt, produceert hetzelfde signaal als een planeet met een lage massa die bijna aan de rand staat.
“Wanneer astronomen een doorgaande planeet vinden, weten we dat de baan in wezen aan de rand is, dus we kunnen de exacte massa berekenen. Van de hoeveelheid licht die het blokkeert, leren we de fysieke grootte. In één geval hebben we zelfs de atmosfeer van een gigantische planeet kunnen detecteren en bestuderen '', zegt Charbonneau.
Verdachten sorteren
De TrES-enquête onderzocht ongeveer 12.000 sterren in 36 vierkante graden van de hemel (een gebied dat half zo groot is als de kom van de Big Dipper). Roi Alonso, een afgestudeerde student van Brown's, identificeerde 16 mogelijke kandidaten voor planeettransits. “De TrES-enquête gaf ons onze eerste line-up van verdachten. Vervolgens moesten we veel vervolgwaarnemingen doen om de bedriegers te elimineren ”, zegt co-auteur Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA).
Na het opstellen van de kandidatenlijst eind april, gebruikten de onderzoekers telescopen bij CfA's Whipple Observatory in Arizona en Oak Ridge Observatory in Massachusetts om aanvullende fotometrische (helderheid) waarnemingen te verkrijgen, evenals spectroscopische waarnemingen die verduisterende dubbelsterren elimineerden.
Binnen twee maanden tijd had het team zich op de meest veelbelovende kandidaat gericht. Spectroscopische observaties met hoge resolutie door Torres en Sozzetti met behulp van de tijd die door NASA is geleverd op de Keck I-telescoop met een diameter van 10 meter in Hawaï, hielden de behuizing vast.
"Zonder dit vervolgwerk kunnen de fotometrische onderzoeken niet zeggen welke van hun kandidaten eigenlijk planeten zijn. Het bewijs van de pudding is een baan voor de moederster, en die hebben we gekregen met de Doppler-methode. Daarom waren de Keck-waarnemingen van deze ster zo belangrijk om te bewijzen dat we een echt planetair systeem hadden gevonden ', zegt co-auteur David Latham (CfA).
Opmerkelijk normaal
De planeet, TrES-1 genaamd, lijkt veel op Jupiter in massa en grootte (diameter). Het is waarschijnlijk een gasreus die voornamelijk bestaat uit waterstof en helium, de meest voorkomende elementen in het heelal. Maar in tegenstelling tot Jupiter, draait het heel dicht bij zijn ster, waardoor het een temperatuur heeft van ongeveer 1500 graden F.
Astronomen zijn vooral geïnteresseerd in TrES-1 omdat de structuur ervan zo goed overeenkomt met de theorie, in tegenstelling tot de eerste ontdekte doorgaande planeet, HD 209458b. Deze laatste wereld bevat ongeveer dezelfde massa als TrES-1, maar is ongeveer 30% groter. Zelfs de nabijheid van de ster en de bijbehorende hitte verklaren niet zo'n groot formaat.
"Het vinden van TrES-1 en zien hoe normaal het is, doet ons vermoeden dat HD 209458b een oddball-planeet is", zegt Charbonneau.
TrES-1 draait om de 72 uur om zijn ster en plaatst hem tussen een groep vergelijkbare planeten die bekend staan als 'hete Jupiters'. Dergelijke werelden vormden waarschijnlijk veel verder weg van hun sterren en migreerden vervolgens naar binnen, waarbij ze alle andere planeten in het proces wegvagen. De vele planetaire systemen die hete Jupiters bevatten, geven aan dat ons zonnestelsel ongebruikelijk kan zijn vanwege zijn relatief stille geschiedenis.
Zowel de nauwe baan van TrES-1 als de migratiegeschiedenis maken het onwaarschijnlijk dat er manen of ringen zijn. Niettemin zullen astronomen dit systeem nauwgezet blijven onderzoeken, omdat nauwkeurige fotometrische waarnemingen manen of ringen kunnen detecteren als ze bestaan. Bovendien kunnen gedetailleerde spectroscopische waarnemingen aanwijzingen geven over de aanwezigheid en samenstelling van de atmosfeer van de planeet.
Het artikel dat deze resultaten beschrijft, is geschreven door: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres en David W. Latham (CfA); Alessandro Sozzetti (University of Pittsburgh / CfA); Georgi Mandushev (Lowell), Juan A. Belmonte (IAC); David Charbonneau (CfA / Caltech); Hans J. Deeg (IAC); Edward W. Dunham (Lowell); Francis T. O'Donovan (Caltech); en Robert Stefanik (CfA).
Deze gezamenlijke aankondiging wordt gelijktijdig uitgebracht door CfA, IAC, NCAR, de University of Pittsburgh en Lowell Observatory.
De W.M. Keck Observatory wordt beheerd door de California Association for Research in Astronomy, een wetenschappelijk partnerschap van het California Institute of Technology, de University of California en de National Aeronautics and Space Administration.
Het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), met hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts, is een gezamenlijke samenwerking tussen het Smithsonian Astrophysical Observatory en het Harvard College Observatory. CfA-wetenschappers, georganiseerd in zes onderzoeksdivisies, bestuderen de oorsprong, evolutie en het uiteindelijke lot van het universum.
Oorspronkelijke bron: Harvard CfA News Release
