De COnvection ROtation et Transits planétaires (CoRoT) missie was een Franse satelliet met diverse partners in Europa en Brazilië. Dit project had twee doelen: metingen verrichten in verband met asteroseismologie en speuren naar extrasolaire planeten. Het was de eerste satelliet die volledig is gewijd aan exoplaneten die overgangen uitvoeren en was een voorloper en testmissie voor onder andere Kepler en Darwin (die niet zal gelanceerd worden, studiefase eindigde in 2007).
Planning, lancering en baan
In februari 1994 ontstond het plan. In december 1996, na de bekendmaking van de ontdekking van de eerste exoplaneet rond een hoofdreeksster (51 Pegasi b in oktober 1995), werd CoRoT voorgesteld bij het Franse ruimtevaartagentschap Centre National d'Etude Spatiales (CNES). In september 1999 begon de zoektocht naar Europese partners. In maart 2000 gaf het CNES groen licht voor de bouw. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA besliste in oktober 2000 een bedrag van 2 miljoen euro te investeren. Het CNES werkte samen met nationale en internationale partners uit Europa (België, Duitsland, Oostenrijk en Spanje) en Brazilië. Tot maart 2013 nam Frankrijk 75% van de kost van 170 miljoen euro op zich en de andere partners verdeelden de overige 25%. De lancering werd op 27 december 2006 uitgevoerd vanaf de Bajkonoer kosmodroom in Kazachstan met een Russische Soyuz-Fregat-raket. De massa was 630 kg, waarvan 300 kg aan instrumenten. Hij had een lengte van 4,1 m en een diameter van 1,98 m. De satelliet bevond zich in een polaire baan op circa 896 km boven het aardoppervlak. Eén omloop duurde ongeveer 103 minuten.
Het inschakelen van de satelliet gebeurde op 2 januari 2007, first light (openen van de klep) was op 18 januari 2007 en de wetenschappelijke waarnemingen begonnen op 3 februari 2007. De satelliet keek loodrecht op het baanvlak en kon daardoor ongestoord tot 150 dagen hetzelfde hemelgebied in het oog houden (een long run). Tussen twee long runs zat telkens dertig dagen waarin andere gebieden werden bestudeerd, wat vooral het aantal bestudeerde sterren voor de asteroseismologie ten goede kwam. Na bijna een halve omloop van de Aarde om de Zon kwam laatstgenoemde de waarnemingen verstoren en keek CoRoT een half jaar de andere kant op. Daardoor kon CoRoT geen planeten met omlooptijden langer dan ongeveer 75 dagen detecteren, omdat er drie opeenvolgende overgangen zonder onderbreking moeten worden vastgelegd. Hoe langer een gebied kan bekeken worden, hoe kleiner de planeten die kunnen ontdekt worden en hoe langer hun omlooptijd kan zijn. Lang observeren vereiste een hoge mechanische stabiliteit. Na de panne van de eerste Data Processing Unit op 8 maart 2009, waardoor de helft van het beeldveld verloren ging, werd overgeschakeld op long runs van 90 dagen. Gelukkig werden één CCD voor asteroseismologie en één voor exoplaneten op één kanaal gezet en de andere twee op een andere, waardoor er na de panne voor elke taak nog één over bleef. Tijdens de noordelijke zomer observeerde CoRoT in het zuidelijk deel van de Slang en tijdens de winter in de Eenhoorn. Deze gebieden werden tussen 1998 en 2005 uitgekamd en vormden de COROTSKY-databank. Voor de exoplaneten puurde CoRoT hieruit duizenden dwergsterren van V-magnitude 11 tot 16 en voor de asteroseismologie honderden zeer verschillende soorten sterren gekozen tussen magnitude 6 en 9, meestal van spectraalklasse A, F en G. Na de eerste panne (2009) werd het aantal bestudeerde sterren gehalveerd en lagen de waarnemingen stil tot begin april 2009.
De satelliet wist na de geplande 2,5 jaar nog van geen ophouden: de missie werd in 2009 verlengd tot in 2010 en in 2012 tot 31 maart 2013. Een uitbreiding tot 2015 werd overwogen, maar werd onmogelijk door een ernstige panne op 2 november 2012. Een computerfout maakte het onmogelijk om nog wetenschappelijke gegevens van de telescoop te krijgen. Pogingen tot herstel werden op 24 juni 2013 gestaakt. De missie had uiteindelijk een wetenschappelijke levensduur van 70 maanden. Na vier maanden van technische experimenten werd de buitengebruikstelling ingezet in januari 2014. In december 2013 is inderhaast een ontwijkingsmanoeuver (om een botsing met ruimteschroot te vermijden) uitgevoerd. Het verlagen van de baan zal nog doorgaan tot in maart 2014. Daarna volgen nog wat testen en aan het eind van de lente van 2014 wordt hij waarschijnlijk definitief uitgeschakeld. Door de lagere baan waarin hij werd gebracht zal CoRoT op termijn opbranden in de atmosfeer.
Opvolging is mogelijk door diverse projecten waaronder de Amerikaanse Kepler (2009 - ), Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS – 2017), de James Web Space Telescope (oktober 2018) en Thirty Metre Telescope (Mauna Kea – 2018) en de Europese 42 m European-Extremely Large Telescope (E-ELT – Cerro Armazones, Chili – 2018) en de PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO, 2024). De ESA selecteerde PLATO als derde medium-class science mission op 19 februari 2014. De Leuvense hoogleraar Conny Aerts is de Belgische hoofdonderzoeker voor PLATO.
Malcolm Fridlund was CoRoT projectwetenschapper voor de ESA.
Opbouw en instrumenten
De instrumenten werden ontworpen en gebouwd bij het Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA) van de Observatoire de Paris, het Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, het Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) van Orsay, het Centre spatial de Liège (CSL) in België, het IWF in Oostenrijk, het Duitse DLR (Berlijn) en het ESA Research and Science Support Department. De telescoop COROTEL werd gemaakt door Alcatel Alenia Space in het Centre spatial de Cannes. Het CoRoT Mission Centre (CMC) was te vinden in Toulouse en het CoRoT Data Centre (CDC) in Meudon, beide in Frankrijk.
Ook Belgische bedrijven hadden een belangrijke inbreng in CoRoT: het Centre Spatial de Liège (CSL) testte het scherm en de sluiter van de telescoop. Dat scherm moest strooilicht tegenhouden. Verhaert Space (nu QinetiQ Space nv) kreeg de leiding over het industrieel contract. ESA-ingenieurs van het Directorate of Technical and Quality Management hielpen ingenieurs van Verhaert bij de structurele analyse, mechanische tests, de integratie en de bouw en quality engineering. Het lucht- en ruimtevaartbedrijf SONACA was in opdracht van het CNES verantwoordelijk voor de ontwikkeling van het instrumentenplatform waarop zich onder andere de elektronica en temperatuurregeling bevond. Naast Belgische ruimtevaartbedrijven waren ook onderzoekers betrokken: van het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven, van de universiteit van Luik en de Koninklijke Sterrenwacht van België. Zij stonden ondermeer in voor waarnemingen en gegevensverwerking.
Bij de opbouw van de satelliet werd heel veel rekening gehouden met het voorkomen van strooilicht (van de Aarde) in de COROTEL. Het strooilicht van andere bronnen dan het waargenomen object moest een miljoen keer zwakker zijn dan licht van de waargenomen ster. Nooit eerder waren de eisen voor een dergelijke ruimtetelescoop zo streng. Daarom is bij het ontwerp van de telescoop een scherm voorzien dat moet verhinderen dat strooilicht het optisch systeem binnendringt. De baffle werkte voortreffelijk en strooilicht van de Aarde was verwaarloosbaar. Het European Space Research and Technology Center (ESTEC) was bij de ontwikkeling van dat scherm betrokken via het PROgramme de Développement d'EXperiences scientifiques (PRODEX), naast het CSL dat al werd vermeld.
De energie werd geleverd door twee zonnepanelen, die samen 530 Watt leverden.
De wetenschappelijke uitrusting bestond uit een 27-cm off-axis afocaal telescoop en twee camera’s. De telescoop werkte op golflengten van 370 tot 950 nanometer. In het brandpunt zaten vier CCD-detectoren die tegen straling worden beschermd door een aluminium schild van 1 cm. Elk beeldpunt van de CCDs heeft een afmeting van 13,5 vierkante micrometer. De bedrijfstemperatuur van de CCDs is -40°C. De twee CCDs voor asteroseismologie werkten 760 micrometer buiten focus om verzadiging door de helderste sterren te voorkomen. Een prisma voor de twee CCDs voor exoplaneten geeft een spectrum dat blauw licht meer verstrooit dan ander licht. Het prisma liet fotometrie in drie kleurbanden toe, waardoor helderheidsafnames in dubbelsterren konden onderscheiden worden van deze door overgangen door planeten. Daardoor konden 83% van de waarnemingen een planetaire oorsprong worden uitgesloten. De rest moet van op Aarde gecontroleerd worden door fotometrie (vereist telescopen van 1 tot 2 meter) en spectroscopie (vereist grote telescopen met nauwkeurige spectrografen). Overtuigende kandidaten werden ook waargenomen door de Spitzer Space Telescope.
Per dag werd ongeveer 1,5 Gb aan wetenschappelijke gegevens doorgestuurd. Het beeldveld voor de detectie van planeten was 3,5°.
Resultaten
Hierna volgen in twee grote blokken de voornaamste resultaten: eerst op het vlak van asteroseismologie en ander onderzoek aan sterren en dan op het vlak van exoplaneten.
- Sterren trillen, ook de Zon. Ze doen dat op verschillende manieren (tegelijk). Het onderzoek van die stertrillingen wordt asteroseismologie genoemd. Het is een onderzoeksgebied waar België veel expertise in heeft, getuige de Francqui-Prijs voor (het team van) Conny Aerts in 2012. Het onderzoek van de (onhoorbare) stertrillingen vertelt meer over de ster en het inwendige (samenstelling, temperatuur, dichtheid, structuur, leeftijd, …). De trillingen zijn zichtbaar in het frequentiespectrum van de ster. Op 3 mei 2007 werd de ontdekking van de eerste sterbeving aangekondigd. In de eerste zes jaar van de missie heeft CoRoT meer dan 150.000 sterren bestudeerd, waarvan een 150-tal voor asteroseismologie en de rest voor exoplaneten.
- CoRoT legde als eerste volgende feiten vast, naast andere: zonachtige trillingen in andere sterren, de detectie van niet-radiale trillingen in rode reuzen, de detectie van zonachtige trillingen in zware sterren, de vaststelling dat Delta Scuti-sterren honderden trillingen uitvoeren, de evolutie vastleggen van trillingen in Be-sterren in uitbarsting (gezien bij HD 49330) en de detectie van een wijzigende periodiciteit van trillingen in een traag pulserende B-ster. Bij hoofdreekssterren is boven de kern, waar convectie voorkomt, nog een overgangsgebied aanwezig waar een volledige of gedeeltelijke mix van materie kan voorkomen, soms tot in de stralingszone van de ster (dit proces heet convectief overschieten). Deze zone is belangrijk omdat het de duur van kernfusie in de kern beïnvloedt en zo bepaalt of een ster als witte dwerg of als supernova eindigt. Dat is op zijn beurt weer belangrijk voor de chemische evolutie van het sterrenstelsel waarin de ster voorkomt. Subreuzen worden ook beïnvloed door de extra mixing: de heliumkern die tot ontbranding komt als de waterstoffusie in de kern ophoudt is groter dan zonder de mix.
- De ligging van de overgangszone induceert afwijkingen in een vastgestelde regelmaat en de periode van de afwijkingen staan in direct verband met de locatie van de zone. Met CoRoT zijn deze afwijkingen vastgesteld in de zonachtige ster HD 49933 en de rode reuzenster HD 181907.
- Eén van de belangrijkste vaststellingen was dat ook sterren die wat heter zijn dan de Zon ook zonachtige trillingen vertonen. Bij duizenden rode reuzen is vastgesteld dat ze langdurig trillen, zowel radiaal als niet-radiaal.
- Granulatie is vastgesteld in het spectrum van HD 49933 en bij een aantal O-sterren is zoals verwacht geen stertrilling waargenomen.
- In maart 2008 werden 636 sterren in de open sterrenhoop NGC 2264 bestudeerd. De studie van de jonge sterren (3 tot 8 miljoen jaar) op een afstand van 1.800 lichtjaar is ideaal om vragen in verband met stervorming op te lossen. In december 2011 en januari 2012 werden van NGC 2264 zo’n 4.000 sterren gezamenlijk waargenomen door vier ruimtetelescopen, waaronder CoRoT, en sterrenwachten op Aarde.
- Een bijzonder vangst ten slotte was deze van de bruine dwerg CoRoT-15b.
- Ook op het vlak van exoplaneten leverde CoRoT belangrijke bijdragen en ontdekkingen.
- Eerst benadrukte het team dat CoRoT planeten kon vinden minstens tweemaal groter dan de Aarde (een superaarde) en dat niet specifiek naar levensvatbare planeten werd gezocht. Later werd gemeld dat planeten zo klein als de Aarde, met korte omlooptijden (minder dan vijf dagen) en rond kleine sterren, ook binnen het bereik lagen. Enkel planeten tot 0,3 AE van de ster werden ontdekt, omdat ze in één run minstens drie opeenvolgende overgangen moesten uitvoeren. Elke 32 seconden werd een opname van 32 seconden gemaakt. De boordcomputer haalde alleen de stukken rond de doelsterren eruit om naar de Aarde te sturen. Slechts voor enkele sterren werd elke opname volledig doorgestuurd.
- Op 3 mei 2007 werd door het CoRoT Exoplanet Science Team (CEST) de eerste planeet bevestigd: CoRoT-1b op een afstand van 1.500 lichtjaar. Deze hete Jupiter (1,78 keer groter en 1,3 keer massiever dan Jupiter) is ook de eerste exoplaneet waarvan het tweede minimum in de lichtcurve van de ster (wanneer de ster de planeet bedekt) is vastgelegd. Daaruit kon een waarde gehaald worden voor de albedo van de planeet of diens atmosfeer. Hij draait rond een gele dwergster in een periode van 1,5 dagen. Pas in december werd de volgende planeet aangekondigd.
- CoRoT-3b heeft een massa van 22 jupiters en zit daarmee op de vage grens tussen een superplaneet en een bruine dwerg. In augustus 2010 schreef het CoRoT-team een paper waarin stond dat relativistische verheldering (een verheldering van stralende materie, veroorzaakt doordat de materie bijna aan de lichtsnelheid beweegt) is waargenomen in de lichtkromme van CoRoT-3. CoRoT lijkt de modellen te bevestigen dat zware planeten ook rond zware sterren draaien.
- Met CoRoT-9b werd de eerste planeet gevonden met een gematigde oppervlaktetemperatuur. De massa is 0,8 jupiters en de omlooptijd is 95,3 dagen, vergelijkbaar met die van Mercurius om de Zon. Na deze ontdekking had alleen de planeet HD80606 b een langere omlooptijd.
- De eerste grote conferentie werd gehouden in Parijs in februari 2009, nog net voor de lancering van Kepler. Er waren dan acht planeten bekend en CoRoT-7b stal de show. Na een recordlange 70 uur waarnemen met de HARPS (een spectrograaf op de 3,6 ESO-telescoop op La Silla Observatory) bevestigden Didier Queloz en François Bouchy een massa van 7,3 aardes. Met een waarde voor de straal van 1,78 maal de aardse volgde de eerste bevestiging ooit van een rotsplaneet. Hij draait in slechts 20,5 uur (niet dagen of jaren) om de ster. De planeet kan niet anders dan een gebonden rotatie hebben en de oppervlaktetemperatuur aan de zijde die steeds naar de planeet is gekeerd is ongeveer 2.200 K. HARPS ontdekte ook een tweede planeet rond de ster TYC 4799-1733-1: CoRoT-7c met een massa van 8,4 aardes. Hij voert geen overgangen uit en heeft een omlooptijd van 3,79 dagen.
- In juni 2010 werden zes nieuwe planeten aangekondigd, vijf met de omvang van Jupiter en CoRoT kon ook licht van de planeet HD46375 b detecteren, een planeet die geen overgangen uitvoert.
- Het tweede symposium werd gehouden in juni 2010: er werden tien planeten toegevoegd aan het lijstje.
- Er zijn vier hete Jupiters ontdekt die op excentrische banen bewegen. Dat planeetbanen met de tijd cirkelvormiger worden is theoretisch voorspeld, maar deze ontdekkingen zetten een grens op de energie die door getijdenwerking kan worden weggewerkt.
- CoRoT-2 en 3 draaien rond een ster in een dubbelster en CoRoT-24b en c draaien rond dezelfde ster en voeren beide overgangen uit.
- Ontdekkingen gebeurden alleen tijdens long runs van minstens 70 dagen. Tijdens elke run werden tot 300 gebeurtenissen gedetecteerd en 2,3% daarvan (530 in totaal) werden weerhouden als mogelijke afkomstig van planeten. Daarvan bleek ongeveer 6% echt van planeten afkomstig. Twee andere grote groepen zijn bedekkingsveranderlijke sterren (46%) en onopgeloste gevallen (48%). CoRoT leverde bij zijn einde 32 bevestigde en meer dan 100 te bevestigen planeten op. Dat relatief klein aantal ontdekkingen van planeten wordt verklaard door het feit dat telescopen op Aarde de ontdekking moeten bevestigen. Het CoRoT-team koos ervoor om alleen bevestigde planeten te publiceren, in tegenstelling tot bijvoorbeeld het Kepler-team dat ook kandidaten publiceerde. De planeten vertonen een grote variëteit.
Meer info:
- CoRoT mission: http://smsc.cnes.fr/COROT/
- CoRoT ESA overview: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/COROT_overview
- CoRoT discoveries: http://www.asaaf.org/~juano/corotplanets.html
