Onderzoekers die gebruikmaken van ESO’s Very Large Telescope hebben voor het eerst bewijs gevonden voor een reuzenplaneet bij een witte dwergster. De planeet cirkelt op kleine afstand om de hete witte dwerg, het restant van een zonachtige ster. Hierbij wordt zijn atmosfeer ‘afgepeld’ en vormt zich een schijf van gas rond de ster. Dit unieke stelsel geeft een indruk van hoe ons eigen zonnestelsel er in de verre toekomst uit zou kunnen zien.
‘Het was eigenlijk een toevallige ontdekking’, zegt Boris Gänsicke, van de Universiteit van Warwick (VK), die leiding gaf aan het vandaag in Nature gepubliceerde onderzoek. Zijn team heeft ongeveer 7000 witte dwergen geïnspecteerd die zijn waargenomen met de Sloan Digital Sky Survey en ontdekte daarbij een buitenbeentje. Door subtiele variaties in het licht van de ster te analyseren, ontdekten de onderzoekers sporen van chemische elementen die ze nog nooit eerder bij een witte dwerg hadden waargenomen. ‘We wisten dat er iets bijzonders aan de hand moest zijn met dit systeem, en speculeerden erop dat er sprake kon zijn van een planetair overblijfsel.’
Om meer inzicht te krijgen in de eigenschappen van deze ongewone ster, die WDJ0914+1914 wordt genoemd, analyseerde het team hem met het X-shooter-instrument van ESO’s Very Large Telescope in de Chileense Atacama-woestijn. Deze vervolgwaarnemingen bevestigden dat er in de omgeving van de witte dwerg waterstof, zuurstof en zwavel aanwezig was. Door de spectra die met ESO’s X-shooter waren vastgelegd nauwkeurig te bestuderen, ontdekte het team dat deze elementen deel uitmaken van een kolkende schijf van gas dat naar de witte dwerg toe stroomt en niet afkomstig is van de ster zelf. ‘Het kostte een paar weken van heel hard piekeren voordat we doorhadden dat de verdamping van een reuzenplaneet de enige manier is waarop je zo’n schijf kunt maken’, zegt Matthias Schreiber van de Universiteit van Valparaiso (Chili), die de vroegere en toekomstige evolutie van dit stelsel heeft berekend.
De waargenomen hoeveelheden waterstof, zuurstof en zwavel komen overeen met die in de diepe atmosfeerlagen van ijzige reuzenplaneten zoals Neptunus en Uranus. Als zo’n planeet op geringe afstand om een hete witte dwerg zou cirkelen, zou de extreem ultraviolette straling van de ster hem van zijn buitenste lagen ontdoen, waarna een deel van het ontsnapte gas naar de witte dwerg toe spiraalt. Dit is wat de wetenschappers denken dat ze rond WDJ0914+1914 waarnemen: de eerste verdampende planeet rond een witte dwerg. ‘Dit is voor het eerst dat we de hoeveelheden van gassen zoals zuurstof en zwavel in de schijf kunnen meten, en dat levert aanwijzingen op over samenstelling van de atmosferen van exoplaneten’, zegt Odette Toloza van de Universiteit van Warwick, die een model ontwikkelde voor de gasschijf rond de witte dwerg. ‘De ontdekking werpt ook nieuw licht op het uiteindelijke lot van planetenstelsels’, voegt Gänsicke daaraan toe.
Sterren zoals onze zon zijn het grootste deel van hun bestaan bezig om waterstof in hun kern te fuseren. Wanneer deze ‘brandstof’ opraakt, zwellen ze op tot rode reuzen, worden daarbij honderden keren groter en slokken nabije planeten op. In het geval van ons zonnestelsel zal het gaan het om Mercurius, Venus en zelfs de aarde: stuk voor stuk zullen ze over ongeveer 5 miljard jaar worden verzwolgen door de tot rode reus opgezwollen zon. Uiteindelijk stoten zonachtige sterren hun buitenste lagen af, waarna de uitgeputte kern als witte dwerg achterblijft. Rond zo’n stellair overblijfsel kunnen nog steeds planeten cirkelen, en vermoed wordt dat er in ons Melkwegstelsel veel van deze stelsels te vinden zijn. Tot nu toe hadden wetenschappers echter nog nooit aanwijzingen gevonden voor een reuzenplaneet die zich bij een witte dwerg heeft weten te handhaven. De detectie van een exoplaneet in een baan om WDJ0914+1914, op ongeveer 1500 lichtjaar in het sterrenbeeld Kreeft, zou wel eens de eerste in een lange reeks kunnen zijn.
Volgens de onderzoekers draait de exoplaneet die nu met behulp van ESO’s X-shooter is opgespoord op een afstand van slechts 10 miljoen kilometer – oftewel 15 keer de straal van de zon – om de witte dwerg: ruimschoots binnen de voormalige rode reus dus. Dit impliceert dat de planeet pas nadat zijn moederster in een witte dwerg was veranderd dichter naar deze toe is gemigreerd. De astronomen denken dat deze nieuwe omloopbaan het gevolg kan zijn van zwaartekrachtsinteracties met andere planeten in het stelsel, wat betekent dat wellicht meer dan één planeet de heftige gedaanteverandering van zijn moederster heeft overleefd.
‘Tot voor kort hadden maar weinig astronomen nagedacht over het lot van planeten rond stervende sterren. Deze ontdekking van een planeet die op geringe afstand om een uitgebrande sterkern draait, toont maar weer eens aan dat het heelal ons voortdurend uitdaagt om met nieuwe ideeën te komen,’ concludeert Gänsicke.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel dat in Nature zal verschijnen.
Het onderzoeksteam bestaat uit Boris Gänsicke (Department of Physics & Centre for Exoplanets and Habitability, Universiteit van Warwick, VK), Matthias Schreiber (Institute of Physics and Astronomy, Millennium Nucleus for Planet Formation, Universiteit van Valparaiso, Chili), Odette Toloza (Department of Physics, Universiteit van Warwick, VK), Nicola Gentile Fusillo (Department of Physics, Universiteit van Warwick, VK), Detlev Koester (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, Universiteit van Kiel, Duitsland) en Christopher Manser (Department of Physics, Universiteit van Warwick, VK).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili, met Australië als strategische partner. 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) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
