Met behulp van de Gemini North telescoop, de helft van het International Gemini Observatory, deels gefinancierd door de U.S. National Science Foundation en geëxploiteerd door NSF NOIRLab, hebben astronomen vier exoplaneten ontdekt die rond de Ster van Barnard draaien, het dichtstbijzijnde stersysteem bij de aarde. Een van de planeten is de minst massieve exoplaneet die ooit is ontdekt met behulp van de radiale snelheidstechniek, wat een nieuwe maatstaf is voor het ontdekken van kleinere planeten rond nabije sterren.
Astronomen bestuderen de Ster van Bernard al een eeuw lang in de hoop er planeten omheen te vinden. De ster werd voor het eerst ontdekt door E. E. Barnard op het Yerkes Observatorium in 1916 en is het dichtstbijzijnde systeem van één ster bij de aarde. Barnards ster is geclassificeerd als een rode dwerg, sterren met een lage massa die vaak dicht op elkaar staande planetenstelsels herbergen, vaak met meerdere rotsachtige planeten. Rode dwergen zijn extreem talrijk in het heelal, dus wetenschappers zijn geïnteresseerd in de omgevingen van de planeten die ze herbergen.
Een van deze inspanningen werd geleid door Jacob Bean van de Universiteit van Chicago, wiens team een instrument genaamd MAROON-X creëerde, dat speciaal is ontworpen om te zoeken naar verre planeten rond rode dwergsterren. MAROON-X is gemonteerd op de Gemini North telescoop, de helft van het International Gemini Observatory, dat deels wordt gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en wordt beheerd door NSF NOIRLab.
MAROON-X jaagt op exoplaneten met behulp van de radiale snelheidstechniek, wat betekent dat het de subtiele heen-en-weerbewegingen van een ster detecteert wanneer zijn exoplaneten er gravitationeel aan trekken, waardoor het licht dat door de ster wordt uitgezonden heel lichtjes in golflengte verschuift. Het krachtige instrument meet deze kleine verschuivingen in het licht zo nauwkeurig dat het zelfs het aantal en de massa kan bepalen van de planeten die om de ster cirkelen om het waargenomen effect te hebben.
Na het rigoureus kalibreren en analyseren van gegevens die gedurende 112 nachten over een periode van drie jaar zijn verzameld, vond het team solide bewijs voor drie exoplaneten rond de ster van Barnard, waarvan er twee eerder als kandidaat waren geclassificeerd. Het team combineerde ook gegevens van MAROON-X met gegevens van een onderzoek dat in 2024 werd uitgevoerd met het ESPRESSO-instrument van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili om het bestaan van een vierde planeet te bevestigen.
“Het is echt een opwindende vondst, Barnard's Star is onze kosmische buur en toch weten we er zo weinig over,” zegt Ritvik Basant, promovendus aan de Universiteit van Chicago en eerste auteur van het artikel dat is verschenen in The Astrophysical Journal Letters. “Het betekent een doorbraak met de precisie van deze nieuwe instrumenten ten opzichte van eerdere generaties.”
De nieuw ontdekte planeten zijn waarschijnlijk rotsachtige planeten en geen gasplaneten zoals Jupiter. Dit zal echter moeilijk met zekerheid vast te stellen zijn, omdat de planeten, vanwege de hoek waarin we ze vanaf de aarde waarnemen, niet voor hun ster langs kruisen, wat de gebruikelijke methode is om de samenstelling van een planeet te bepalen. Maar met informatie van soortgelijke planeten rond andere sterren kan het team betere schattingen maken van hun samenstelling.
Ze konden echter met een redelijke mate van zekerheid het bestaan van andere exoplaneten met een vergelijkbare massa als de aarde in de bewoonbare zone van de Ster van Bernard uitsluiten, het gebied in de ruimte rond een ster dat precies geschikt is om vloeibaar water op het oppervlak van een omcirkelde planeet toe te laten.
Barnard's Star wordt wel de “grote witte walvis” genoemd voor planetenjagers; in de afgelopen eeuw hebben groepen verschillende keren bewijs aangekondigd dat planeten rond Barnard's Star suggereerden, om ze vervolgens te weerleggen. Maar deze laatste bevindingen geven een veel grotere mate van vertrouwen dan alle voorgaande resultaten.
“We observeerden op verschillende tijdstippen op verschillende dagen. Zij zijn in Chili, wij in Hawaï. Onze teams hebben helemaal niet met elkaar gecoördineerd,” zegt Basant. “Dat geeft ons veel zekerheid dat dit geen fantomen in de gegevens zijn.” De vier planeten, die elk slechts 20 tot 30% van de massa van de aarde hebben, staan zo dicht bij hun thuisster dat ze er in een paar dagen helemaal omheen vliegen. De vierde planeet is de minst massieve planeet die tot nu toe is ontdekt met behulp van de radiale snelheidstechniek. Het team hoopt dat dit een nieuw tijdperk inluidt waarin steeds meer exoplaneten onder de aarde in het heelal worden gevonden.
De meeste rotsachtige planeten die tot nu toe zijn gevonden, zijn veel groter dan de aarde en lijken in het hele Melkwegstelsel op elkaar te lijken. Maar er zijn redenen om aan te nemen dat kleinere exoplaneten een meer gevarieerde samenstelling hebben. Naarmate wetenschappers er meer vinden, kunnen ze meer te weten komen over hoe deze planeten ontstaan en wat ervoor zorgt dat ze waarschijnlijk bewoonbare omstandigheden hebben.
“De Amerikaanse National Science Foundation werkt samen met de astronomiegemeenschap aan een avontuur om dieper in het heelal te kijken en planeten te ontdekken met omgevingen die op die van de aarde kunnen lijken”, zegt Martin Still, NSF programmadirecteur voor het internationale Gemini-observatorium. “De planeetontdekkingen door MAROON-X op Gemini North zijn een belangrijke stap op die reis.” MAROON-X is nog steeds een bezoekend instrument op Gemini North. Gezien de uitstekende prestaties en populariteit bij de gebruikers wordt het instrument momenteel omgebouwd tot een permanent instrument.
“Dit resultaat toont de concurrerende, state-of-the-art mogelijkheden die Gemini zijn gebruikersgemeenschap biedt. Het observatorium zit midden in de verjonging van zijn instrumentenportefeuille en MAROON-X maakt deel uit van de eerste golf nieuwe instrumenten, naast GHOST op Gemini South en IGRINS-2 op Gemini North,” zegt Andreas Seifahrt, Associate Director of Development voor het International Gemini Observatory, co-auteur van het artikel en lid van het team dat MAROON-X heeft ontworpen en gebouwd.
Bron: NOIRLab
