Naarmate meer en meer exoplaneten worden geïdentificeerd en bevestigd door verschillende observatiemethoden, is de nog steeds ongrijpbare 'heilige graal' de ontdekking van een echt aardachtige wereld ... een van de kenmerken daarvan is de aanwezigheid van vloeibaar water. En hoewel het waar is dat water eerder is geïdentificeerd in de dikke atmosfeer van "hete Jupiter" exoplaneten, is er nu een nieuwe techniek gebruikt om de spectrale signatuur ervan in een andere gigantische wereld buiten ons zonnestelsel te spotten - mogelijk de weg vrijmakend voor nog meer dergelijke ontdekkingen.
Onderzoekers van Caltech, Penn State University, het Naval Research Laboratory, de University of Arizona en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics werken samen in een door NSF gefinancierd project om een nieuwe manier te ontwikkelen om de aanwezigheid van water in exoplaneetatmosferen te identificeren.
Eerdere methoden waren afhankelijk van specifieke gevallen, zoals wanneer de exoplaneten - op dit moment alle 'hete Jupiters', gasvormige planeten die dicht bij hun gaststerren cirkelen - bezig waren hun sterren door te laten, gezien vanaf de aarde.
Dit is helaas niet het geval voor veel planeten buiten het zonnestelsel ... vooral niet die niet (of zullen niet worden ontdekt) door de transitiemethode die wordt gebruikt door observatoria zoals Kepler.
Bekijk: Kepler's Universum: meer planeten in onze Melkweg dan sterren
Dus de onderzoekers wendden zich tot een andere methode om exoplaneten te detecteren: radiale snelheid of RV. Deze techniek maakt gebruik van zichtbaar licht om de beweging van een ster te observeren voor de altijd zo kleine wiebeling die wordt veroorzaakt door de zwaartekracht "sleepboot" van een baan om de planeet. Doppler-verschuivingen in het licht van de ster geven op de een of andere manier beweging aan, vergelijkbaar met hoe het Doppler-effect de toonhoogte van de claxon van een auto verhoogt en verlaagt wanneer deze voorbijrijdt.
Maar in plaats van zichtbare golflengten te gebruiken, dook het team in het infraroodspectrum en bepaalde, met behulp van de Near Infrared Echelle Spectrograph (NIRSPEC) van de WM Keck Observatory in Hawaï, de baan van de relatief nabijgelegen hete Jupiter tau Boötis b ... en in het proces gebruikte zijn spectroscopie om watermoleculen in de lucht te identificeren.
'De informatie die we uit de spectrograaf halen, is als het luisteren naar een orkestoptreden; je hoort alle muziek samen, maar als je goed luistert, kun je een trompet of een viool of een cello uitkiezen, en je weet dat die instrumenten aanwezig zijn ', zegt Alexandra Lockwood, afgestudeerde student bij Caltech en eerste auteur van de studie. 'Met de telescoop zie je al het licht bij elkaar, maar met de spectrograaf kun je verschillende stukken uitzoeken; zoals deze golflengte van licht betekent dat er natrium is, of deze betekent dat er water is. "
Eerdere waarnemingen van tau Boötis b met de VLT in Chili hadden zowel koolmonoxide als lagere temperaturen op grote hoogte in zijn atmosfeer geïdentificeerd.
Met deze beproefde IR RV-techniek kunnen de atmosferen van exoplaneten die vanuit ons oogpunt niet toevallig voor hun sterren kruisen, ook worden onderzocht op de aanwezigheid van water en andere interessante verbindingen.
"We passen onze effectieve nieuwe infraroodtechniek nu toe op verschillende andere niet-transiterende planeten die in een baan rond de zon draaien", zegt Chad Bender, onderzoeksmedewerker bij het Penn State Department of Astronomy and Astrophysics en co-auteur van het artikel. "Deze planeten zijn veel dichter bij ons dan de dichtstbijzijnde doorgaande planeten, maar worden grotendeels door astronomen genegeerd omdat het direct meten van hun atmosfeer met eerder bestaande technieken moeilijk of onmogelijk was."
Zodra de volgende generatie krachtige telescopen in gebruik is - zoals de James Webb-ruimtetelescoop, gepland om te lanceren in 2018 - kunnen zelfs kleinere en verder weg gelegen exoplaneten worden waargenomen met de IR-methode ... misschien helpt het om de baanbrekende ontdekking van een planeet zoals de onze.
“Hoewel de huidige stand van de techniek geen aardachtige planeten rond sterren zoals de zon kan detecteren, zou het met Keck binnenkort mogelijk moeten zijn om de atmosfeer van de zogenaamde 'superaarde'-planeten te bestuderen die worden ontdekt rond nabijgelegen sterren met een lage massa, veel die niet doorlopen ', zegt Caltech-hoogleraar cosmochemie en planetaire wetenschappen Geoffrey Blake. "Toekomstige telescopen zoals de James Webb Space Telescope en de Thirty Meter Telescope (TMT) zullen ons in staat stellen om veel koelere planeten te onderzoeken die verder van hun gaststerren verwijderd zijn en waar de kans op vloeibaar water groter is."
De bevindingen worden beschreven in een paper dat is gepubliceerd in de online versie van 24 februari 2014The Astrophysical Journal Letters.
Bronnen: persberichten van Caltech en EurekAlert.
