Astronomen hebben, met behulp van de HARPS ‘planetenjager’ van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili, voor het eerst het spectrum gedetecteerd van zichtbaar licht dat door een exoplaneet werd weerkaatst. De waarnemingen hebben nieuwe informatie opgeleverd over het beroemde object 51 Pegasi b – de eerste exoplaneet die bij een normale ster is ontdekt.
Het resultaat belooft veel voor de toekomst van de gebruikte techniek, met name nu er een nieuwe generatie van instrumenten, zoals het VLT-instrument ESPRESSO, en telescopen, zoals de E-ELT, op komst is. De exoplaneet 51 Pegasi b [1] staat op een afstand van ongeveer 50 lichtjaar in het sterrenbeeld Pegasus. Hij is in 1995 opgespoord en zal voor altijd bekend staan als de eerste exoplaneet die ontdekt is bij een gewone ster als de zon [2]. Hij wordt ook beschouwd als het prototype van een hete Jupiter – een klasse van, naar we inmiddels weten, veel voorkomende planeten, die qua grootte en massa vergelijkbaar zijn met Jupiter, maar op veel kleinere afstanden om hun moedersterren draaien. Sinds die baanbrekende ontdekking zijn meer dan 1900 exoplaneten opgespoord die deel uitmaken van 1 200 verschillende planetenstelsels. Maar twintig jaar na zijn ontdekking zorgt 51 Pegasi b opnieuw voor een doorbraak in het exoplanetenonderzoek.
Het team dat de nieuwe detectie heeft gedaan stond onder leiding van Jorge Martins van het Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) en de Universiteit van Porto (Portugal), die momenteel doctoraal student is bij ESO in Chili. De astronomen maakten gebruik van het HARPS-instrument van de 3,6-meter ESO-telescoop van de sterrenwacht op La Silla in Chili. Momenteel wordt bij het onderzoek van de atmosferen van exoplaneten veelal gebruik gemaakt van een techniek die transmissiespectroscopie wordt genoemd. Daarbij wordt gekeken naar licht van de moederster dat wordt gefilterd door de atmosfeer van de planeet, op het moment dat deze voor zijn ster langs schuift. Een alternatieve aanpak is om het tweetal waar te nemen wanneer de planeet achter zijn ster verdwijnt – een methode die voornamelijk informatie oplevert over de temperatuur van de exoplaneet.
De nieuwe techniek is niet afhankelijk van planeetovergangen en kan in principe op veel grotere aantallen exoplaneten worden toegepast. Ze maakt het mogelijk om het spectrum van de planeet rechtstreeks te detecteren in zichtbaar licht. Zo kunnen allerlei eigenschappen van de planeet worden afgeleid die buiten het bereik van andere technieken liggen. Bij de nieuwe techniek wordt het spectrum van de moederster gebruikt als leidraad voor de zoektocht naar een gelijksoortige signatuur van licht, zoals die naar verwachting wordt weerkaatst door de om de ster cirkelende planeet. Dat is een uiterst moeilijke taak, omdat planeten ongelooflijk zwak stralen in vergelijking tot hun oogverblindende moedersterren. Het signaal van de planeet wordt ook gemakkelijk overstemd door andere kleine effecten en bronnen van ruis [3]. De succesvolle toepassing van de techniek op de gegevens die HARPS over 51 Pegasi b heeft verzameld, kan dan ook worden beschouwd als een uiterst waardevol bewijs van haalbaarheid.
Jorge Martins legt uit: ‘Dit soort detectietechniek is van groot wetenschappelijk belang, omdat zij ons in staat stelt om de werkelijke massa en baanhelling van de planeet te meten, wat cruciaal is voor een volledig begrip van het betreffende stelsel. Ze stelt ons ook in staat om een schatting te maken van het albedo of licht-weerkaatsende vermogen van de planeet, wat weer informatie geeft over de samenstelling van zowel het oppervlak als de atmosfeer van de planeet.’ 51 Pegasi b blijkt ongeveer half zo veel massa te hebben als Jupiter, en zijn baan maakt een hoek van ongeveer negen graden met de gezichtslijn naar de aarde [4]. De planeet lijkt ook groter te zijn dan Jupiter en veel licht te weerkaatsen. Die eigenschappen zijn karakteristiek voor een hete Jupiter, die zich heel dicht bij zijn moederster bevindt en aan intens sterlicht blootstaat.
Harps was cruciaal voor het onderzoek, maar het feit dat het resultaat is verkregen met behulp van de 3,6-meter ESO-telescoop, die wat deze techniek betreft beperkte mogelijkheden heeft, is goed nieuws voor astronomen. Bestaande apparatuur als deze zal worden overtroffen door veel geavanceerdere instrumenten op grotere telescopen, zoals ESO’s Very Large Telescope en de toekomstige European Extremely Large Telescope [5]. ‘We kijken nu halsreikend uit naar de ingebruikname van de ESPRESSO-spectrograaf van de VLT, waarmee we dit en andere planetenstelsels nog gedetailleerder kunnen onderzoeken,’ besluit Nuno Santos, van de IA en de Universiteit van Porto, die mede-auteur is van het nieuwe onderzoeksartikel.
Noten
[1] Zowel 51 Pegasi b als zijn moederster 51 Pegasi staan op de NameExoWorlds-lijst van de IAU. Iedereen kan namen voor deze objecten suggereren.
[2] Eerder werden al twee planeetachtige objecten ontdekt in de extreme omgeving van een pulsar.
[3] De uitdaging laat zich vergelijken met de poging om het zwakke schijnsel te onderzoeken van een klein insect dat rond een ver, fel licht vliegt.
[4] Dit betekent dat we de planeetbaan vanaf de aarde vrijwel van opzij zien, maar de planeet niet voor zijn ster langs kunnen zien schuiven.
[5] Het VLT-instrument ESPRESSO en de nog krachtigere instrumenten van toekomstige, veel grotere telescopen als de E-ELT, zullen zorgen voor een aanzienlijke toename in meetnauwkeurigheid en licht-verzamelend vermogen. Dat zal de detectie van kleinere exoplaneten vergemakkelijken en gedetailleerde informatie opleveren over planeten die vergelijkbaar zijn met 51 Pegasi b.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b’ van J. Martins et al., dat op 22 april 2015 in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit J.H.C. Martins (IA en Universiteit van Porto, Portugal; ESO, Santiago, Chili), N.C. Santos (IA en Universiteit van Porto), P. Figueira (IA en Universiteit van Porto), J.P. Faria (IA en Universiteit van Porto), M. Montalto (IA en Universiteit van Porto), I. Boisse (Aix Marseille Université, Marseille, Frankrijk), D. Ehrenreich (Observatoire de Genève, Genève, Zwitserland), C. Lovis (Observatoire de Genève), M. Mayor (Observatoire de Genève), C. Melo (ESO, Santiago, Chili), F. Pepe (Observatoire de Genève), S.G. Sousa (IA en Universiteit van Porto), S. Udry (Observatoire de Genève) en D. Cunha (IA en Universiteit van Porto).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
