Voor het eerst zijn er tekenen gevonden van een planeet die een ster buiten het Melkwegstelsel doorkruist. Dit intrigerende resultaat, waarbij gebruik is gemaakt van NASA's Chandra X-ray Observatory, opent een nieuw venster voor het zoeken naar exoplaneten op grotere afstanden dan ooit tevoren. De mogelijke exoplaneet kandidaat bevindt zich in het spiraalstelsel Messier 51 (M51), ook wel het Draaikolkstelsel genoemd vanwege zijn kenmerkende profiel. Exoplaneten worden gedefinieerd als planeten buiten ons zonnestelsel. Tot nu toe hebben astronomen alle andere bekende exoplaneten en kandidaten in het Melkwegstelsel gevonden, bijna allemaal op minder dan ongeveer 3 000 lichtjaar van de aarde. Een exoplaneet in M51 zou ongeveer 28 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd zijn, wat betekent dat hij duizenden keren verder weg zou zijn dan die in de Melkweg.
"We proberen een hele nieuwe arena te openen voor het vinden van andere werelden door te zoeken naar planeetkandidaten op röntgengolflengten, een strategie die het mogelijk maakt om ze in andere sterrenstelsels te ontdekken," zei Rosanne Di Stefano van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) in Cambridge, Massachusetts, die de studie leidde, die vandaag werd gepubliceerd in Nature Astronomy. Dit nieuwe resultaat is gebaseerd op transits, gebeurtenissen waarbij de passage van een planeet voor een ster een deel van het licht van de ster blokkeert en een karakteristieke dip veroorzaakt. Astronomen die zowel op de grond als in de ruimte telescopen gebruiken - zoals die van NASA's Kepler en TESS missies - hebben gezocht naar dips in optisch licht, elektromagnetische straling die mensen kunnen zien, en hebben zo duizenden planeten ontdekt. Di Stefano en collega's hebben in plaats daarvan gezocht naar dips in de helderheid van röntgenstraling die wordt opgevangen door röntgenheldere dubbelsters. Deze lichtgevende stelsels bevatten meestal een neutronenster of zwart gat die gas aantrekt van een nabije begeleiderster. De materie in de buurt van de neutronenster of het zwarte gat raakt oververhit en gaat röntgenstraling uitzenden.
Omdat het gebied dat heldere röntgenstraling produceert klein is, kan een planeet die ervoor langs trekt de meeste of alle röntgenstraling tegenhouden, waardoor de overgang gemakkelijker te zien is omdat de röntgenstraling volledig kan verdwijnen. Hierdoor zouden exoplaneten op veel grotere afstanden kunnen worden gedetecteerd dan met de huidige optische lichtovergangsstudies, die minieme lichtverlagingen moeten kunnen detecteren omdat de planeet slechts een klein deel van de ster blokkeert. Het team gebruikte deze methode om de kandidaat-exoplaneet op te sporen in een binair systeem, M51-ULS-1 genaamd, dat zich in M51 bevindt. Dit dubbelstersysteem bevat een zwart gat of neutronenster die rond een begeleidende ster draait met een massa van ongeveer 20 keer die van de zon. De röntgenovergang die zij met behulp van Chandra-gegevens hebben gevonden, duurde ongeveer drie uur, waarin de röntgenstraling tot nul daalde. Op basis van deze en andere informatie schatten de onderzoekers dat de kandidaat-exoplaneet in M51-ULS-1 ongeveer zo groot is als Saturnus, en rond de neutronenster of het zwarte gat draait op ongeveer twee keer de afstand van Saturnus tot de zon. Hoewel dit een verleidelijke studie is, zijn er meer gegevens nodig om de interpretatie als een extragalactische exoplaneet te verifiëren. Een van de uitdagingen is dat de grote baan van de kandidaat-planeet betekent dat hij pas over ongeveer 70 jaar weer voor zijn binaire partner langs zal gaan, waardoor pogingen om dit te bevestigen tientallen jaren lang gedwarsboomd zullen worden.
"Helaas zouden we, om te bevestigen dat we een planeet zien, waarschijnlijk tientallen jaren moeten wachten om nog een transit te zien," zei co-auteur Nia Imara van de Universiteit van Californië in Santa Cruz. "En vanwege de onzekerheden over hoe lang het duurt om een planeet in een baan om de aarde te brengen, zouden we niet precies weten wanneer we moeten kijken." Kan het dimmen veroorzaakt zijn door een wolk van gas en stof die voor de röntgenbron langs trekt? De onderzoekers achten dit een onwaarschijnlijke verklaring, omdat de kenmerken van de gebeurtenis die in M51-ULS-1 is waargenomen, niet consistent zijn met de passage van zo'n wolk. Het model van een kandidaat-planeet komt echter wel overeen met de gegevens. "We weten dat we een spannende en gewaagde claim maken, dus we verwachten dat andere astronomen er heel zorgvuldig naar zullen kijken," zegt co-auteur Julia Berndtsson van Princeton University in New Jersey. "We denken dat we een sterk argument hebben, en dit proces is hoe wetenschap werkt." Als er een planeet in dit systeem bestaat, heeft deze waarschijnlijk een tumultueuze geschiedenis en gewelddadig verleden gehad. Een exoplaneet in het systeem zou een supernova-explosie moeten hebben overleefd die de neutronenster of het zwarte gat heeft gecreëerd. De toekomst kan ook gevaarlijk zijn. Op een gegeven moment kan de begeleidende ster ook exploderen als een supernova en de planeet opnieuw opblazen met extreem hoge stralingsniveaus.
Di Stefano en haar collega's zochten naar röntgendoorgangen in drie sterrenstelsels buiten het Melkwegstelsel, met behulp van zowel Chandra als de XMM-Newton van de Europese Ruimtevaartorganisatie. Hun zoektocht bestreek 55 stelsels in M51, 64 stelsels in Messier 101 (het "Pinwheel" sterrenstelsel), en 119 stelsels in Messier 104 (het "Sombrero" sterrenstelsel), wat resulteerde in de enkele exoplaneet-kandidaat die hier wordt beschreven. De auteurs zullen de archieven van zowel Chandra als XMM-Newton doorzoeken voor meer exoplaneet kandidaten in andere melkwegstelsels. Substantiële Chandra datasets zijn beschikbaar voor tenminste 20 melkwegstelsels, waaronder enkele zoals M31 en M33 die veel dichterbij zijn dan M51, waardoor kortere transits kunnen worden waargenomen. Een andere interessante onderzoekslijn is het zoeken naar röntgenovergangen in röntgenbronnen van de Melkweg om nieuwe nabije planeten in ongebruikelijke omgevingen te ontdekken.
Bron: NASA
