Astronomen hebben mede met behulp van ESO-telescopen duidelijk bewijs gevonden van een planeet die draait om Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster vanaf de aarde. Deze langgezochte wereld, die de naam Proxima b heeft gekregen, draait in 11 dagen rond zijn koele rode moederster en heeft een temperatuur waarbij vloeibaar water op het oppervlak mogelijk is. De rotsachtige wereld is iets zwaarder dan de aarde. Het is de dichtstbijzijnde exoplaneet en het kan ook de meest nabije woonplaats zijn voor leven buiten ons zonnestelsel. Het artikel dat deze vondst beschrijft, staat in het tijdschrift Nature van 25 augustus 2016.
Op een afstand van iets meer dan vier lichtjaar van ons zonnestelsel bevindt zich een rode dwergster met de naam Proxima Centauri. Het is, de naam proxima (nabij) verraadt het al, de dichtstbijzijnde ster gezien vanaf de aarde als we de zon niet meetellen. Deze koele ster in het zuidelijke sterrenbeeld Centaur is te zwak om met het blote oog te zien en wordt overstraald door de heldere dubbelster Alpha Centauri AB. In de eerste helft van 2016 werd Proxima Centauri regelmatig bestudeerd met de HARPS-spectrograaf op de ESO 3,6-meter telescoop op La Silla in Chili. Tegelijkertijd werd de ster in de gaten gehouden door andere telescopen op de wereld [1]. Dit gebeurde tijdens de zogenoemde Pale Red Dot-campagne. Een team onder leiding van Guillem Anglada van Queen Mary University of London, keek of de ster minuscule schommelingen vertoonde. Die schommelingen kunnen veroorzaakt worden door de zwaartekracht van een mogelijke planeet in een baan om de ster [2]. De voortgang van de campagne werd tussen half januari en april 2016 met het publiek gedeeld op de Pale Red Dot-website en via social media. Naast de resultaten verschenen ook talloze populairwetenschappelijke artikelen van de hand van specialisten van over de hele wereld. Guillem Anglada-Escudé legt de achtergrond uit van de unieke zoektocht: “De eerste aanwijzingen voor een mogelijke planeet ontstonden al in 2013, maar toen waren de waarnemingen niet overtuigend genoeg. Sindsdien hebben we hard gewerkt om met de hulp van ESO en anderen meer waarnemingen te doen. We zijn ongeveer twee jaar geleden begonnen met het plannen van de Pale Red Dot-campagne.”
De Pale Red Dot-gegevens, gecombineerd met eerdere waarnemingen van ESO- en andere sterrenwachten, onthulden een helder signaal: soms komt Proxima Centauri met ongeveer 5 kilometer per uur (menselijke wandelsnelheid) naar de aarde toe en soms verwijdert hij zich met dezelfde snelheid. Dit regelmatige patroon van de veranderende radiële snelheid herhaalt zich elke 11,2 dagen. Nauwkeurige analyse van de resulterende kleine Dopplerverschuivingen wijzen op de aanwezigheid van een planeet met ten minste 1,3 keer de massa van de aarde die rond Proxima Centauri draait op een afstand van ongeveer 7 miljoen kilometer (slechts 5% van de afstand aarde-zon) [3]. Guillem Anglada-Escudé vertelt over de opwinding van de laatste paar maanden: "Ik checkte de consistentie van het signaal elke dag tijdens de 60 nachten van de Pale Red Dot-campagne. De eerste 10 waren veelbelovend, de eerste 20 kwamen overeen met de verwachtingen en op dag 30 waren de resultaten behoorlijk onherroepelijk en begonnen we ons artikel te schrijven!"
Rode dwergen zoals Proxima Centauri zijn zulke actieve sterren dat het ook kan lijken alsof er een planeet aanwezig is terwijl dat niet het geval is. Om deze mogelijkheid uit te sluiten, bestudeerde het team hoe de helderheid van de ster veranderde tijdens de meetcampagne. De onderzoekers gebruikten hiervoor de ASH2-telescoop van het San Pedro de Atacama Celestial Explorations Observatory in Chili en het netwerk van telescopen van het Las Cumbres Observatory. Als de ster een van zijn grillige uitbarstingen had, lieten de onderzoekers de gegevens over de schommelingen weg uit hun meetreeks. Hoewel de planeet Proxima b dichterbij zijn ster staat dan Mercurius bij de zon is de ster een stuk zwakker dan de zon. Daarom bevindt Proxima b zich toch in de leefbare zone rond zijn ster en heeft de planeet een geschatte oppervlaktetemperatuur waarbij het voorkomen van vloeibaar water mogelijk kan zijn. Ondanks de baan van Proxima b rond zijn ster, kunnen de omstandigheden op het oppervlak sterk beïnvloed zijn door de uv- en röntgenstraling die van de ster komen. Die straling is veel intenser dan wat de aarde van de zon voor zijn kiezen krijgt [4].
Twee andere wetenschappelijke artikelen gaan in op de leefbaarheid van Proxima b en het mogelijke klimaat op de planeet. Het lijkt erop dat vloeibaar water alleen op het oppervlak aanwezig kan zijn in de zonnigste gebieden. Als er sprake is van synchrone rotatie (zoals onze maan rond de aarde draait), dan kan er vloeibaar water zijn op de helft die naar de ster toe is gericht. Als er sprake is van 3:2 resonantierotatie (zoals onze aarde rond de zon draait) dan kan er vloeibaar water zijn in de tropische gordel. De draaiing van planeet Proxima b, de sterke straling van de ster en de vormingsgeschiedenis van de planeet zorgen ervoor dat het klimaat nogal verschilt van dat op aarde en dat het onwaarschijnlijk is dat er op Proxima b seizoenen voorkomen. Deze ontdekking van de planeet is het begin van uitgebreidere waarnemingen met de huidige instrumenten [5] en met de volgende generatie telescopen zoals de European Extremely Large Telescope (E-ELT). Proxima b zal een belangrijk doelwit zijn in de jacht naar het bewijs van leven elders in het heelal. Het Alpha Centaur-systeem is overigens al onderwerp van het StarShot-project, de eerste poging van de mensheid om naar een ander zonnestelsel te reizen.
Guillem Anglada-Escudé concludeert: "Er zijn al veel exoplaneten gevonden en er zullen er nog veel meer worden ontdekt, maar de zoektocht naar en de vondst van de dichtstbijzijnde aardachtige planeet is de grootste ervaring van mijn leven en voor velen van ons. Veel mensen zijn in meer of mindere mate betrokken geweest bij deze ontdekking. Het resultaat is een eerbetoon aan hen allemaal. De zoektocht naar leven op Proxima b is de volgende stap..."
Let op: We zijn ons bewust van de geruchten die de ronde doen over deze ontdekking. Deze geruchten bevatten geen details uit het onderzoek en we hebben de geruchten niet bevestigd. Alhoewel de geruchten openbaar zijn en daar dus over kan worden gerapporteerd, rust er op de informatie in dit persbericht en op het wetenschappelijke artikel en de bijbehorende afbeeldingen en animaties een embargo tot 24 augustus 2016, 19.00 uur CEST. ESO stelt het op prijs als eventuele vragen en opmerkingen aan hen worden gesteld voordat op de een of andere manier tot publicatie wordt overgegaan. Dank voor de medewerking.
Noten
[1] Naast gegevens uit de recente Pale Red Dot-campagne, bevat het artikel ook bijdragen van wetenschappers die al jaren Proxima Centauri bestuderen. Onder hen zijn onder andere leden van het oorspronkelijke UVES/ESO M-dwarf-programme (Martin Kürster en Michael Endl), en pioniers in de zoektocht naar exoplaneten zoals R. Paul Butler. Ook zijn de openbaar verkrijgbare waarnemingen gebruikt die het HARPS/Genève-team gedurende vele jaar deed.
[2] De naam Pale Red Dot (lichtrode stip) verwijst naar de naam die Carl Sagan aan de aarde gaf: pale blue dot (lichtblauwe stip). Omdat Proxima Centauri een rode dwergster is, zal de daaromheen draaiende planeet in een lichtrode gloed baden.
[3] De ontdekking zoals die vandaag bekend is gemaakt, gebruikt een techniek die sinds tien jaar mogelijk is. Er zijn met deze techniek zelfs al zwakkere signalen aangetoond dan rond Proxima Centauri. Sterren zijn echter geen gladde, rustige gasbollen en Proxima Centuari is een actieve ster. De ontdekking van de planeet Proxima b was pas mogelijk toen de wetenschappers tot in detail begrepen hoe een ster verandert op tijdschalen van minuten tot decennia en doordat ze de helderheid in de gaten hielden met fotometrische telescopen.
[4] Over de uiteindelijke mogelijkheid dat een planeet als Proxima b water bevat en dat er aardachtig leven kan bestaan, wordt veel, vooral theoretisch, gedebatteerd. De grootste bezwaren tegen water en leven houden verband met het feit dat de planeet dicht bij de ster staat. Daardoor kan bijvoorbeeld de zwaartekracht van de ster ervoor zorgen dat de planeet altijd met dezelfde kant naar de ster gedraaid is. Dan is het op de ene helft van de planeet altijd dag en op de andere helft altijd nacht. Daarnaast kan de atmosfeer van de planeet langzaam verdampen of kunnen er ingewikkeldere chemische reacties plaatsvinden dan op aarde doordat er sterkere uv-straling en röntgenstraling aanwezig is of was, zeker in de eerste miljard jaren van het leven van de ster. Geen van de argumenten is afdoende bewezen en dat zal waarschijnlijk ook niet gebeuren zolang er geen direct waargenomen bewijs is en zolang de atmosfeer van de planeet niet in kaart is gebracht. Vergelijkbare argumenten gelden voor de planeten die recent gevonden zijn rond TRAPPIST-1.
[5] Sommige methoden om de atmosfeer van een planeet te bestuderen zijn afhankelijk van het feit of de planeet voor de ster langs beweegt en of het sterlicht door de atmosfeer van de planeet reist op weg naar de aarde. Op dit moment is er geen bewijs dat Proxima b vanaf de aarde gezien voor de ster langs beweegt. De kans dat dit later nog zal gebeuren is klein. Onderzoekers doen inmiddels meer waarnemingen om er zeker van te zijn.
