Illustratie van de kunstenaar van de rotsachtige planeet rond de M-dwerg Gliese 876. Image credit: NSF. Klik om te vergroten.
Een team van astronomen heeft een grote stap voorwaarts gezet in de zoektocht naar aardachtige planeten buiten ons eigen zonnestelsel, en heeft de ontdekking aangekondigd van de kleinste tot nu toe ontdekte extrasolaire planeet. Ongeveer zeven en een half keer zo massief als de aarde, met ongeveer tweemaal de straal, is het misschien de eerste rotsachtige planeet die ooit in een baan om een normale ster is gevonden, niet veel anders dan onze zon.
Alle bijna 150 andere extrasolaire planeten die tot nu toe rond normale sterren zijn ontdekt, waren groter dan Uranus, een ijsreus van ongeveer 15 keer de massa van de aarde.
"We blijven de grenzen verleggen van wat we kunnen detecteren, en we komen steeds dichter bij het vinden van de aarde", zegt teamlid Steven Vogt, een professor in astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz.
? De resultaten van vandaag zijn een belangrijke stap in de richting van het beantwoorden van een van de meest diepgaande vragen die de mensheid kan stellen: zijn we alleen in het universum? zei Michael Turner, hoofd van het directoraat Wiskundige en Fysische Wetenschappen van de National Science Foundation, die het onderzoek gedeeltelijk financierde.
De nieuw ontdekte? Superaarde? draait om de ster Gliese 876, op slechts 15 lichtjaar afstand in de richting van het sterrenbeeld Waterman. Deze ster heeft ook twee grotere planeten ter grootte van Jupiter. De nieuwe planeet zwaait in slechts twee dagen rond de ster en is zo dicht bij het oppervlak van de ster dat de temperatuur waarschijnlijk boven de 400 tot 750 graden Fahrenheit (200 tot 400 graden Celsius) ligt? Ovenachtige temperaturen die veel te warm zijn voor het leven omdat we weet het.
Niettemin geeft het vermogen om de kleine schommelingen die de planeet in de ster veroorzaakt te detecteren, astronomen het vertrouwen dat ze in staat zullen zijn om nog kleinere rotsachtige planeten te detecteren in banen die voor het leven meer gastvrij zijn.
"Dit is de kleinste buitenaardse planeet die tot nu toe is ontdekt en de eerste van een nieuwe klasse van rotsachtige terrestrische planeten", zei teamlid Paul Butler van de Carnegie Institution of Washington. "Het is net als de grotere neef van de aarde."
Het team meet een minimale massa voor de planeet van 5,9 aardmassa's, in een baan om Gliese 876 met een periode van 1,94 dagen op een afstand van 0,021 astronomische eenheden (AU), of 2 miljoen mijl.
Hoewel het team geen direct bewijs heeft dat de planeet rotsachtig is, belet zijn lage massa dat hij gas zoals Jupiter vasthoudt. Er zijn nog drie andere beweerde rotsachtige planeten gerapporteerd, maar ze draaien om een pulsar, het knipperende lijk van een ontplofte ster.
'Deze planeet beantwoordt een eeuwenoude vraag', zegt teamleider Geoffrey Marcy, hoogleraar astronomie aan de University of California, Berkeley. 'Meer dan 2000 jaar geleden hadden de Griekse filosofen Aristoteles en Epicurus ruzie over de vraag of er andere planeten op de aarde waren. Nu hebben we voor het eerst bewijs voor een rotsachtige planeet rond een normale ster. '
Marcy, Butler, theoretisch astronoom Jack Lissauer van NASA / Ames Research Center en postdoctoraal onderzoeker Eugenio J. Rivera van de University of California Observatories / Lick Observatory aan UC Santa Cruz presenteerden hun bevindingen vandaag (maandag 13 juni) tijdens een pers conferentie bij NSF in Arlington, Va.
Hun onderzoek, uitgevoerd bij het Keck Observatory in Hawaï, werd ondersteund door NSF, de National Aeronautics and Space Administration, de University of California en de Carnegie Institution of Washington.
Er is een paper met de resultaten ingediend bij The Astrophysical Journal. Medeauteurs op het papier zijn Steven Vogt en Gregory Laughlin van de Lick Observatory van de University of California, Santa Cruz; Debra Fischer van de San Francisco State University; en Timothy M. Brown van NSF's National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado.
Gliese 876 (of GJ 876) is een kleine, rode ster die bekend staat als een M-dwerg? het meest voorkomende type ster in de melkweg. Het bevindt zich in het sterrenbeeld Waterman en is met ongeveer een derde van de massa van de zon de kleinste ster waarrond planeten zijn ontdekt. Butler en Marcy ontdekten de eerste planeet daar in 1998; het bleek een gasreus te zijn, ongeveer tweemaal de massa van Jupiter. Vervolgens rapporteerden ze in 2001 een tweede planeet, een andere gasreus van ongeveer de helft van de massa van Jupiter. De twee bevinden zich in resonante banen, de buitenste planeet heeft 60 dagen nodig om de ster te draaien, tweemaal de periode van de binnenste reuzenplaneet.
Lissauer en Rivera hebben Keck-gegevens op het Gliese 876-systeem geanalyseerd om de ongebruikelijke bewegingen van de twee bekende planeten te modelleren, en drie jaar geleden kregen ze het vermoeden dat er mogelijk een kleinere derde planeet om de ster draait. Als ze geen rekening hadden gehouden met de resonante interactie tussen de twee bekende planeten, zouden ze de derde planeet nooit hebben gezien.
"We hadden een model voor de twee planeten die met elkaar in wisselwerking stonden, maar toen we naar het verschil tussen het model met twee planeten en de feitelijke gegevens keken, vonden we een handtekening die als een derde planeet kon worden geïnterpreteerd," zei Lissauer.
Een model met drie planeten paste consequent beter bij de gegevens, voegde Rivera eraan toe. "Maar omdat het signaal van deze derde planeet niet erg sterk was, waren we erg voorzichtig met het aankondigen van een nieuwe planeet totdat we meer gegevens hadden", zei hij.
Recente verbeteringen aan de hoge resolutie spectrometer (HIRES) van de Keck-telescoop leverden cruciale nieuwe gegevens op. Vogt, die HIRES ontwierp en bouwde, werkte afgelopen augustus samen met de technische staf van de UC Observatories / Lick Observatory Laboratories van UC Santa Cruz om de CCD-detectoren (charge coupled device) van de spectrometer te upgraden.
"Het zijn de hogere precisiegegevens van de geüpgradede HIRES die ons vertrouwen geven in dit resultaat," zei Butler.
Het team heeft nu overtuigende gegevens voor de planeet die heel dicht bij de ster draait, op een afstand van ongeveer 10 sterrenstralen. Dat is minder dan een tiende van de grootte van de baan van Mercurius in ons zonnestelsel.
"In een baan van twee dagen is het ongeveer 200 graden Celsius te heet voor vloeibaar water", zei Butler. 'Dat leidt ertoe dat we tot de conclusie komen dat de meest waarschijnlijke samenstelling van dit ding lijkt op de binnenplaneten van dit zonnestelsel? een nikkel-ijzer rots, een rotsachtige planeet, een aardse planeet. '
"De massa van de planeet kan gemakkelijk een atmosfeer vasthouden", zegt Laughlin, een assistent-professor astronomie aan UC Santa Cruz. 'Het zou nog steeds worden beschouwd als een rotsachtige planeet, waarschijnlijk met een ijzeren kern en een siliciummantel. Het kan zelfs een dichte, stomende waterlaag hebben. Ik denk dat wat we hier zien iets is dat het midden houdt tussen een echte terrestrische planeet zoals de aarde en een hete versie van de ijsreuzen Uranus en Neptunus. "
In combinatie met verbeterde computersoftware, kunnen de nieuwe CCD-detectoren (charge coupled device) die door dit team zijn ontworpen voor Keck's HIRES-spectrometer nu de Doppler-snelheid van een ster meten tot op minder dan één meter per seconde? menselijke loopsnelheid? in plaats van de vorige precisie van drie meter per seconde. Deze verbeterde gevoeligheid stelt het team voor het jagen op planeten in staat het zwaartekrachtseffect van een aardachtige planeet binnen de bewoonbare zone van M-dwergsterren zoals Gliese 876 te detecteren.
"We dringen bij Keck aan op een heel nieuw regime om een precisie van één meter per seconde te bereiken, een verdrievoudiging van onze oude precisie, die ons de komende jaren ook in staat zou moeten stellen planeten in de massa van de aarde rond zonachtige sterren te zien," zei Butler.
"Ons team van UC Santa Cruz en Lick Observatory heeft een enorme hoeveelheid optische en technische en detectorwerkzaamheden verricht om van de Keck-telescoop een rotsachtige planeetjager te maken, de beste ter wereld," voegde Marcy eraan toe.
Lissauer is ook enthousiast over een andere prestatie die wordt gerapporteerd in de paper die aan het tijdschrift is voorgelegd. Voor het eerst hebben hij, Rivera en Laughlin de hellingshoek van de baan van het stelsysteem uitsluitend bepaald aan de hand van de waargenomen Doppler-beweging van de ster. Met behulp van dynamische modellen van hoe de twee planeten van Jupiter-grootte op elkaar inwerken, konden ze de massa's van de twee gigantische planeten berekenen uit de waargenomen vormen en precessiesnelheden van hun ovale banen. Precessie is het langzame draaien van de lange as van de elliptische baan van een planeet.
Ze toonden aan dat het orbitale vlak 40 graden naar onze gezichtslijn is gekanteld. Hierdoor kon het team de meest waarschijnlijke massa van de derde planeet schatten op zeven en een halve massa van de aarde.
"Er zijn meer dynamische modellen bij deze studie betrokken dan bij welke eerdere studie dan ook, veel meer", zei Lissauer.
Het team is van plan de ster Gliese 876 te blijven observeren, maar wil graag andere aardse planeten vinden tussen de 150 of meer M-dwergplaneten die ze regelmatig met Keck observeren.
"Tot dusver vinden we bijna geen Jupiter-massaplaneten tussen de M-dwergsterren die we hebben waargenomen, wat suggereert dat er in plaats daarvan een grote populatie van kleinere massaplaneten zal zijn", merkte Butler op.
Oorspronkelijke bron: Carnegie Institute News Release
