Het is buitengewoon moeilijk om gedetailleerde informatie over exoplaneten te verzamelen. Maar nu heeft een team dat gebruikmaakt van de allernieuwste technologie van het Keck Observatorium een grote sprong gemaakt in exoplanet-observatie en water gedetecteerd in de atmosfeer van een planeet op 179 lichtjaar afstand.
Het zonnestelsel in het hart hiervan heeft een ster genaamd HR 8799 en zijn planeten: HR 8799 b, c, d en e. Het systeem is 179 lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Pegasus. De ster zelf is een 30 miljoen jaar oude hoofdreeksster. Het is opmerkelijk om een aantal redenen, waaronder zijn eigen vreemde stellaire eigenschappen. Maar het is opmerkelijk om een andere belangrijke reden. In 2008 kondigden wetenschappers aan dat ze rechtstreeks drie exoplaneten rond de ster hadden waargenomen - HR 8799b, c en d - met behulp van de Keck- en Gemini-telescopen. Vervolgens kondigden ze in 2010 de ontdekking aan van een vierde planeet, HR 8799 e.
Deze nieuwste aankondiging bouwt voort op het eerdere werk uit 2008, en de astronomen achter deze studie noemen de laatste aankondiging een 'opstapje' op weg naar steeds betere beelden van exoplaneten.
De nieuwe waarnemingen zijn van HR 8799 c, voor het eerst waargenomen in 2008. Het is een jonge gigantische gasplaneet van ongeveer 7 keer de massa van Jupiter die elke 200 jaar om zijn ster draait. Deze nieuwe directe beeldwaarnemingen bevestigen de aanwezigheid van water in de atmosfeer en bevestigen het gebrek aan methaan.
"Dit type technologie is precies wat we in de toekomst willen gebruiken om te zoeken naar tekenen van leven op een aardachtige planeet." - Dimitri Mawet, studie auteur, Caltech en JPL.
Deze nieuwe waarnemingen komen voort uit een krachtige combinatie van twee telescooptechnologieën bij Keck. De eerste is adaptieve optiek. Adaptieve optiek gaat de vervagende effecten van de atmosfeer van de aarde tegen. De tweede is een spectrometer op de Keck 2-telescoop, de Near-Infrared Cryogenic Echelle Spectrograph (NIRSPEC), een spectrometer met hoge resolutie die werkt in infrarood licht.
“Dit type technologie is precies wat we in de toekomst willen gebruiken om te zoeken naar tekenen van leven op een aardachtige planeet. We zijn er nog niet, maar we marcheren vooruit ', zegt Dimitri Mawet, universitair hoofddocent astronomie bij Caltech en onderzoekswetenschapper bij JPL, die Caltech beheert voor NASA, en co-auteur van de studie die deze bevindingen presenteerde.
De nieuwe bevindingen zijn gepubliceerd in het Astronomical Journal. De hoofdauteur is Ji Wang, voorheen postdoctoraal onderzoeker bij Caltech en nu assistent-professor aan de Ohio State University.
Tot dusver hebben astronomen meer dan een dozijn exoplaneten rechtstreeks in beeld gebracht. Het HR 8799-systeem is het eerste multi-planet-systeem dat direct in beeld is gebracht. Maar de afbeeldingen zijn slechts de eerste stap in deze studie.
Eenmaal gemaakt, kunnen de afbeeldingen worden geanalyseerd op de chemische samenstelling in hun atmosfeer. Hier komt spectroscopie om de hoek kijken. In dit geval waren de verfijnde capaciteiten van NIRSPEC de sleutel.
NIRSPEC is een instrument op de Keck 2-telescoop dat werkt in de infrarood L-band. De L-band is een type infraroodlicht met een golflengte van ongeveer 3,5 micrometer en een gebied in het spectrum met veel gedetailleerde chemische vingerafdrukken. "De L-band is eerder grotendeels over het hoofd gezien omdat de lucht helderder is op deze golflengte", zegt Mawet. "Als je een buitenaards wezen was met ogen gericht op de L-band, zou je een extreem heldere lucht zien. Het is moeilijk om exoplaneten door deze sluier te zien. "
Door L-band spectografie te combineren met adaptieve optica, overwonnen ze de moeilijkheden om een planeet te observeren waarvan het licht bijna wordt overstemd door zijn ster. Ze waren in staat om de precieze metingen tot nu toe van de planeet te maken, wat de aanwezigheid van water en de afwezigheid van methaan bevestigde.
"Op dit moment kunnen we met Keck al leren over de fysica en dynamica van deze gigantische exotische planeten, die in niets lijken op onze eigen planeten van het zonnestelsel", zegt Wang.
'We zijn nu meer zeker van het gebrek aan methaan op deze planeet', zegt Wang. 'Dit kan te wijten zijn aan vermenging in de atmosfeer van de planeet. Het methaan, waarvan we verwachten dat het zich aan de oppervlakte bevindt, kan worden verdund als het convectieproces diepere lagen van de planeet naar boven brengt die geen methaan bevatten. "
Het team van Mawet bereidt zich al voor op het volgende en nieuwste instrument op de Keck Observatory. Het heet de KPIC (Keck Planet Imager and Characterizer). KPIC zal adaptieve optica en spectroscopie gebruiken, maar met een nog beter effect. Met KPIC kunnen astronomen planeten in beeld brengen die nog zwakker zijn en dichter bij hun ster staan dan HR 8799c.
En de toekomst is nog rooskleuriger voor exoplanet-beeldvorming. De technologie achter adaptieve optica en spectroscopie die heeft bijgedragen aan het in beeld brengen van deze planeet zal in gebruik worden genomen op onze toekomstige telescopen.
"KPIC is een springplank naar ons toekomstige Thirty Meter Telescope-instrument", zegt Mawet. "Voorlopig leren we veel over de talloze manieren waarop planeten in ons universum zich vormen."
- Persbericht: Exoplanet-stapstenen
- Research Paper: Detectie van water in de atmosfeer van HR 8799 c met L-band High-dispersion Spectroscopy Aided by Adaptive Optics
- Wikipedia-vermelding: HR 8799
- Research Paper: Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799
- Keck Observatory: Telescope Instrumentation
