December 2011 zal de geschiedenis ingaan als de eerste keer dat de mensheid een planeet ter grootte van een aarde rond een andere zonachtige ster kon detecteren, zei Francois Fressin, een astronoom van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Fressin en zijn team gebruikten het ruimtevaartuig Kepler om op planeten te jagen om twee rotsachtige werelden te vinden - de ene net iets groter dan de aarde en de andere iets kleiner dan Venus.
De twee planeten, genaamd Kepler-20e en 20f, zijn de kleinste tot nu toe gevonden planeten. Ze hebben een diameter van 11.000 km (6.900 mijl) en 13.190 km (8.200 mijl) - gelijk aan 0,87 en 1,03 keer de aarde. Astronomen verwachten dat deze werelden rotsachtige composities hebben, dus hun massa moet minder zijn dan 1,7 en 3 keer die van de aarde.
De twee werelden maken deel uit van een systeem met meerdere planeten met vijf planeten rond dezelfde ster en bevinden zich op ongeveer 1.000 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Lyra. "Mensen kunnen naar dat gebied in de lucht wijzen en zeggen dat hier het tijdperk van de exo-aarde begon", zei Fressin, eraan toevoegend dat de twee rotsachtige werelden te dicht bij hun ster - en dus te heet - zijn om bewoonbaar te zijn.
Kepler-20e draait om de 6,1 dagen op een afstand van 4,7 miljoen mijl. Kepler-20f draait om de 19,6 dagen op een afstand van 10,3 miljoen mijl. Vanwege hun strakke banen worden ze verwarmd tot temperaturen van 760 Celcius (1.400 graden Fahrenheit) en 426 C (800 graden F.)
Het zonnestelsel waar deze planeten bestaan is vrij ongebruikelijk, waar rotsachtige en gasplaneten elkaar afwisselen in hun posities in plaats van gescheiden te worden in groepen zoals in ons eigen zonnestelsel.
De eerste planeet is een Neptunusachtige wereld; dan de eerste rotsachtige planeet, Kepler 20e; de volgende is een andere Neptunus-wereld; het volgende is de volgende rotsachtige wereld 20f, en dan nog een Neptunusachtige gasplaneet.
"Dus, groot, klein, groot, klein, groot - wat tot nu toe anders is dan elk ander systeem", zegt David Charbonneau van de Harvard University. “We waren verrast toen we dit systeem van flip-flopping planeten vonden. Het is heel anders dan ons zonnestelsel. "
Bovendien zijn alle planeten zeer compact en liggen ze in de baan van Mercurius rond onze zon.
Dit ongebruikelijke systeem van afwisselende planeten is misschien helemaal niet ongebruikelijk, omdat ons voorbeeld van zonnestelsels nog relatief klein is.
"Dit is echt een probleem voor onze gemeenschap om uit te leggen", zegt Linda Elkins-Tanton, directeur van het Carnegie Institute for Science's Department of Terrestrial Magnetism in Washington, in antwoord op een vraag van Space Magazine over de dynamiek van een dergelijk systeem. "We dagen de gemeenschap echt uit om de reden waarom dit is gebeurd, en het kan best zijn dat ons zonnestelsel in de minderheid is."
De astronomen denken niet dat de planeten van Kepler-20 zich op hun huidige locaties hebben gevormd. In plaats daarvan moeten ze zich verder van hun ster hebben gevormd en vervolgens naar binnen zijn gemigreerd, waarschijnlijk door interacties met de materiaalschijf waaruit ze allemaal zijn gevormd. Hierdoor konden de werelden ondanks regelmatige afmetingen hun normale afstand behouden.
"We denken dat ze zijn gemigreerd omdat we ons dit alles niet zo dicht bij de ster kunnen voorstellen, waar het warm is en slechts delen van het materiaal in vaste vorm zijn", vertelde Charbonneau aan Space Magazine. "We denken dat de geboorteplaats van een Neptunus-achtige wereld verder van de ster verwijderd is en na verloop van tijd migreren de planeten. Het zou ons niet verbazen als we meer van dit soort systemen zien terwijl we doorgaan met verkennen."
Gevraagd wanneer het Kepler-team een 'beste van twee werelden'-planeet kan vinden - een die de juiste maat heeft en op de juiste plaats om bewoonbaar te zijn, zei Nick Gautier, projectwetenschapper van Kepler dat ze er misschien een zullen vinden in de komende twee jaar, maar de Kepler-missie heeft mogelijk een uitbreiding nodig om de Heilige Graal van exoplaneten te vinden - een die net als de aarde is.
Kepler identificeert "interessante objecten" door te zoeken naar sterren die lichtjes dimmen, wat kan gebeuren wanneer een planeet het gezicht van de ster kruist. Om een doorgaande planeet te bevestigen, zoeken astronomen naar de ster die gaat wiebelen terwijl deze door de zwaartekracht wordt voortgetrokken door zijn metgezel (een methode die bekend staat als radiale snelheid).
Het radiale snelheidssignaal voor planeten met een gewicht van één tot enkele aardmassa's is te klein om met de huidige technologie te detecteren. Daarom moeten andere technieken worden gebruikt om te valideren dat een object van belang echt een planeet is.
Een verscheidenheid aan situaties kan het dimmen van een transiterende planeet nabootsen. Een verduisterend dubbelster-systeem waarvan het licht opgaat in de ster Kepler-20 zou bijvoorbeeld een soortgelijk signaal creëren. Om dergelijke bedriegers uit te sluiten, simuleerde het team miljoenen mogelijke scenario's met op maat gemaakte software van Blender, ontwikkeld door Fressin en Willie Torres van CfA. Ze concludeerden dat de kansen sterk in het voordeel zijn van Kepler-20e en 20f als planeten.
Fressin en Torres gebruikten Blender ook om het bestaan van Kepler-22b te bevestigen, een planeet in de bewoonbare zone van zijn ster die eerder deze maand door NASA werd aangekondigd. Die wereld was echter veel groter dan de aarde.
"Deze nieuwe planeten zijn aanzienlijk kleiner dan welke planeet dan ook die tot nu toe in een baan rond een zonachtige ster is gevonden", voegde Fressin eraan toe.
Voor verder lezen:
Papier erin Natuur
