Sinds de ontdekking in 1995 van de eerste planeet die om een andere normale ster dan de zon draait, zijn er nu meer dan 150 kandidaten voor deze zogenaamde exoplaneten bekend. De meeste worden gedetecteerd door indirecte methoden, gebaseerd op variaties van de radiale snelheid of het dimmen van de ster terwijl de planeet ervoor passeert (zie ESO PR 06/03, ESO PR 11/04 en ESO PR 22/04 ).
Astronomen geven er echter de voorkeur aan om een direct beeld van een exoplaneet te verkrijgen, zodat ze de fysieke aard van het object beter kunnen karakteriseren. Dit is een buitengewoon moeilijke taak, aangezien de planeet over het algemeen verborgen is in de "schittering" van zijn gastster.
Om dit probleem gedeeltelijk op te lossen, bestuderen astronomen zeer jonge objecten. Inderdaad, sub-stellaire objecten zijn veel heter en helderder als ze jong zijn en kunnen daarom gemakkelijker worden gedetecteerd dan oudere objecten met een vergelijkbare massa.
Op basis van deze aanpak is het heel goed mogelijk dat de detectie van een zwak lichtpuntje vorig jaar naast de jonge bruine dwerg 2M1207 door een internationaal team van astronomen met de ESO Very Large Telescope (ESO PR 23/04) de lang gezochte is bonafide beeld van een exoplaneet. Een recent rapport op basis van gegevens van de Hubble-ruimtetelescoop lijkt dit resultaat te bevestigen. De nog recentere waarnemingen met de Spitzer-ruimtetelescoop van de warme infrarode gloed van twee eerder gedetecteerde "hete Jupiter" -planeten is een ander interessant resultaat in deze context. Deze schat aan nieuwe resultaten, verkregen in een tijdsbestek van enkele maanden, illustreert perfect de dynamiek van dit onderzoeksgebied.
Kleine metgezel
Nu heeft een ander team van astronomen [1] mogelijk opnieuw een belangrijke doorbraak op dit gebied bereikt door een kleine metgezel te vinden voor een jonge ster. Deze wetenschappers hebben sinds enkele jaren een zoektocht uitgevoerd naar planeten en objecten met een lage massa, met name rond sterren die zich nog in hun vormingsproces bevinden - de zogenaamde T-Tauri-sterren - met behulp van zowel directe beeldvorming als de radiale snelheidstechnieken. Een van de objecten op hun lijst is GQ Lupi, een jonge T-Tauri-ster, gelegen in de Lupus I (de Wolf) wolk, een gebied van stervorming op ongeveer 400 of 500 lichtjaar afstand. De ster GQ Lupi is blijkbaar een heel jong object dat nog steeds omgeven is door een schijf, met een leeftijd tussen 100.000 en 2 miljoen jaar.
De astronomen observeerden GQ Lupi op 25 juni 2004 met het adaptieve optische instrument NACO bevestigd aan Yepun, de vierde 8,2-meter telescoop van de Very Large Telescope bovenop Cerro Paranal (Chili). De adaptieve optiek (AO) van het instrument overwint de vervorming die wordt veroorzaakt door atmosferische turbulentie en produceert extreem scherpe nabij-infraroodbeelden.
Zoals ESO PR Photo 10a / 05 laat zien, onthult de serie NACO-belichtingen duidelijk de aanwezigheid van de kleine metgezel, die zich in de directe omgeving van de ster bevindt. Dit nieuw gevonden object is slechts 0,7 boogseconde verwijderd en zou over het hoofd zijn gezien zonder het gebruik van de adaptieve optische mogelijkheden van NACO.
Op de afstand van GQ Lupi is de scheiding tussen de ster en zijn zwakke metgezel ongeveer 100 astronomische eenheden (of 100 keer de afstand tussen de zon en de aarde). Dit is ongeveer 2,5 keer de afstand tussen Pluto en de zon.
De metgezel, GQ Lupi B of GQ Lupi b [2] genoemd, is ongeveer 250 keer zwakker dan GQ Lupi A, zoals te zien is in deze reeks afbeeldingen. Verdere beelden verkregen met NACO in augustus en september bevestigden de aanwezigheid en de positie van deze metgezel.
In dezelfde richting bewegen
De astronomen ontdekten toen dat de ster eerder was waargenomen door de Subaru-telescoop en door de Hubble-ruimtetelescoop. Ze haalden de bijbehorende afbeeldingen uit de data-archieven van deze faciliteiten voor verdere analyse.
De oudere afbeeldingen, respectievelijk gemaakt in juli 2002 en april 1999, toonden ook de aanwezigheid van de metgezel, waardoor de astronomen de mogelijkheid kregen om de positie van de twee objecten over een periode van meerdere jaren nauwkeurig te meten. Hierdoor konden ze op hun beurt bepalen of de sterren samen in de lucht bewegen - zoals te verwachten is als ze door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden - of dat het kleinere object slechts een achtergrondobject is, alleen toevallig uitgelijnd.
Uit hun metingen ontdekten de astronomen dat de scheiding tussen de twee objecten niet veranderde gedurende de periode van vijf jaar waarop de waarnemingen betrekking hadden (zie ESO PR Photo 10b / 05). Voor de wetenschappers is dit een duidelijk bewijs dat beide objecten in de lucht in dezelfde richting bewegen. "Als het zwakke object een achtergrondobject zou zijn", zegt Ralph Neuh? Gebruiker van de Universiteit van Jena (Duitsland) en leider van het team, "zouden we een verandering in scheiding zien als GQ Lup in de lucht zou bewegen. Van 1999 tot 2004 zou de scheiding met 0,15 boogsec zijn veranderd, terwijl we er zeker van zijn dat de verandering minstens 20 keer kleiner is. ”
Exoplaneet of bruine dwerg?
Om de fysieke aard van het nieuw ontdekte object verder te onderzoeken, gebruikten de astronomen NACO op de VLT om een reeks spectra te nemen. Deze vertoonden de typische handtekening van een heel cool object, met name de aanwezigheid van water en CO-banden. Rekening houdend met de infraroodkleuren en de beschikbare spectrale gegevens, wijzen atmosferische modelberekeningen op een temperatuur tussen 1.600 en 2.500 graden en een straal die tweemaal zo groot is als Jupiter (zie PR Foto 10c / 05). Hierdoor is GQ Lupi B dus een koud en vrij klein object.
Maar wat is de aard van dit zwakke object? Is het een bonafide exoplaneet of is het een bruine dwerg, die 'mislukte' sterren die niet massief genoeg zijn om centraal grote nucleaire reacties te veroorzaken? Hoewel de grens tussen de twee nog steeds een kwestie van discussie is, is een manier om onderscheid te maken tussen de twee door hun massa (aangezien dit ook wordt gedaan tussen bruine dwergen en sterren): (gigantische) planeten zijn lichter dan ongeveer 13 Jupiter-massa's ( de kritische massa die nodig is om deuteriumfusie te ontsteken), bruine dwergen zijn zwaarder.
Hoe zit het met GQ Lupi b?
Helaas geven de nieuwe waarnemingen geen directe schatting van de massa van het object. De astronomen moeten dus vertrouwen op vergelijking met theoretische modellen van dergelijke objecten. Maar dit is niet zo eenvoudig als het klinkt. Als, zoals astronomen over het algemeen accepteren, GQ Lupi A en B gelijktijdig zijn gevormd, is het nieuw gevonden object erg jong. Het probleem is dat voor zulke zeer jonge objecten traditionele theoretische modellen waarschijnlijk niet van toepassing zijn. Als ze echter worden gebruikt, geven ze een schatting van de massa van het object dat ergens tussen de 3 en 42 Jupiter-massa's ligt, d.w.z. zowel de planeet als de bruine dwergdomeinen.
Deze vroege fasen in de vorming van bruine dwergen en planeten zijn in wezen onbekend terrein voor modellen. Het is erg moeilijk om de vroege ineenstorting van de gaswolken te modelleren gezien de omstandigheden rond de vormende ouderster. Eén set modellen, specifiek afgestemd op het modelleren van zeer jonge objecten, biedt massa's van slechts één tot twee Jupiter-massa's. Maar zoals de gebruiker van Ralph Neuh opmerkt "deze nieuwe modellen moeten nog worden gekalibreerd, voordat de massa van dergelijke metgezellen met vertrouwen kan worden bepaald".
De astronomen benadrukken ook dat ze uit de vergelijking tussen hun VLT / NACO-spectra en de theoretische modellen van co-auteur Peter Hauschildt van de Universiteit van Hamburg (Duitsland) tot de conclusie komen dat de beste pasvorm wordt verkregen voor een object met ongeveer 2 Jupiter-radii en 2 Jupiter-massa's. Als dit resultaat standhoudt, zou GQ Lupi b dus de jongste en lichtste exoplaneet zijn die in beeld is gebracht.
Verdere observaties zijn nog steeds nodig om de aard van GQ Lupi B nauwkeurig te bepalen. Als de twee objecten inderdaad gebonden zijn, heeft het kleinste object meer dan 1000 jaar nodig om een baan rond zijn gastster te voltooien. Dit is natuurlijk te lang om te wachten, maar het effect van de orbitale beweging kan mogelijk - als een kleine verandering in de scheiding tussen de twee objecten - binnen enkele jaren waarneembaar zijn. Het team is daarom van plan om dit object regelmatig te observeren met NACO op de VLT om deze beweging te detecteren. Ongetwijfeld zal er intussen verdere vooruitgang worden geboekt aan de theoretische kant en zullen er vele sensationele ontdekkingen op dit gebied worden gedaan.
Meer informatie
Het onderzoek dat in dit ESO-persbericht wordt gepresenteerd, is gepubliceerd in een brief aan de redacteur die is geaccepteerd voor publicatie door Astronomy and Astrophysics ("Evidence for a co-moving sub-stellar companion of GQ Lup" door R. Neuh? User et al.) En beschikbaar in pdf-vorm op http://www.edpsciences.org/articles/aa/pdf/forthpdf/aagj061_forth.pdf.
Notitie
[1]: Het team bestaat uit Ralph Neuh? User, G? Nther Wuchterl, Markus Mugrauer en Ana Bedalov (University of Jena, Germany), Eike Guenther (Th? Ringer Landessternwarte Tautenburg, Germany) en Peter Hauschildt (Hamburger Sternwarte, Duitsland).
[2]: In de astronomische literatuur is de afspraak om hoofdletters te plaatsen voor sterren die lid zijn van meerdere systemen, maar kleine letters voor planeten. Als de metgezel van GQ Lupi A een planeet blijkt te zijn, zou deze GQ Lupi b worden genoemd, en als het een bruine dwerg is, zou deze worden geïdentificeerd als GQ lupi B. Gezien de huidige onzekerheid hebben we daarom beide benamingen gebruikt in dit persbericht, net als de auteurs in het oorspronkelijke wetenschappelijke artikel.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
