Een nieuw resultaat van ESO’s ‘planetenzoeker’ HARPS laat zien dat er in de leefbare zones rond zwakke rode sterren heel vaak rotsachtige planeten te vinden zijn die niet veel groter zijn dan de aarde. Het internationale onderzoeksteam schat dat er alleen al in de Melkweg tientallen miljarden van zulke planeten bestaan, waarvan waarschijnlijk een stuk of honderd in de onmiddellijke nabijheid van de zon.
Dit is de eerste directe meting van het aantal ‘superaardes’ bij rode dwergen, die tachtig procent van alle sterren in de Melkweg uitmaken. Een internationaal onderzoeksteam dat waarnemingen heeft gedaan met de HARPS-spectrograaf van de 3,6-meter telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla (Chili) (1) heeft zojuist de resultaten bekendgemaakt van de eerste directe schatting van het aantal lichte planeten rond rode dwergsterren. Een eerdere aankondiging (eso1204), die aantoonde dat ons melkwegstelsel wemelt van de planeten, maakte gebruik van een andere methode die niet zo gevoelig was voor deze belangrijke klasse van exoplaneten.
Het HARPS-team zocht naar exoplaneten die om het meest voorkomende stertype in de Melkweg draaien: rode dwergsterren (ook wel M-dwergen genoemd (2)). Vergeleken met de zon zijn deze sterren zwak en koel, maar ze leven erg lang, waardoor ze tachtig procent van alle sterren in de Melkweg uitmaken.
‘Onze nieuwe waarnemingen met HARPS geven aan dat bij ongeveer 40 procent van alle rode dwergsterren een superaarde in de leefbare zone – de gordel waarbinnen vloeibaar water op een planeetoppervlak kan voorkomen – cirkelt,’ zegt teamleider Xavier Bonfils (IPAG, Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble, Frankrijk). ‘Omdat er zoveel rode dwergen zijn – in de Melkweg ongeveer 160 miljard – komen we tot de verbluffende conclusie dat er alleen al in ons eigen melkwegstelsel tientallen miljarden van zulke planeten zijn.’
Het HARPS-team heeft een zorgvuldige selectie van 102 rode dwergen aan de zuidelijke hemel gedurende zes jaar onderzocht. Daarbij werden negen superaardes opgespoord (planeten die één tot tien keer zo zwaar zijn als de aarde), waarvan zich twee binnen de leefbare zones van de sterren Gliese 581 (eso0915) en Gliese 667 C bevinden. De astronomen konden schatten hoe zwaar deze planeten waren en op welke afstanden zij om hun sterren cirkelden.
Door alle gegevens te combineren, ook die van sterren die geen planeten hebben, en te kijken welke fractie van bestaande planeten op deze manier ontdekt kan worden, kon het team uitrekenen hoe vaak de verschillende soorten planeten bij rode dwergen voorkomen. De astronomen komen tot de conclusie dat in ongeveer 41 procent van de leefbare zones superaardes voorkomen, met een marge die van 28 tot 95 procent loopt.
Zwaardere planeten daarentegen, zoals Jupiter en Saturnus in ons eigen zonnestelsel, blijken schaars te zijn bij rode dwergen. Naar verwachting heeft minder dan 12 procent van alle rode dwergsterren zo’n reuzenplaneet (met massa’s die 100 tot 1000 keer zo groot zijn als die van de aarde).
Omdat zich in de omgeving van de zon veel rode dwergsterren bevinden, betekent de nieuwe schatting dat zich waarschijnlijk ongeveer honderd superaardes in de leefbare zones van sterren op minder dan dertig lichtjaar van de zon bevinden (4).
‘De leefbare zone rond een rode dwerg, waar de temperatuur geschikt is voor de aanwezigheid van vloeibaar water op het oppervlak, ligt veel dichter bij de ster dan de afstand tussen aarde en zon,’ aldus teamlid Stéphane Udry (sterrenwacht van Genève). ‘Maar rode dwergen staan bekend om hun hevige uitbarstingen, die de planeet in röntgen- of UV-straling kunnen bestoken, wat de aanwezigheid van leven minder waarschijnlijk maakt.’
Een van de planeten die bij de HARPS-survey van rode dwergen is opgespoord, is Gliese 667 Cc (5). Dit is de tweede planeet in dit drievoudige stersysteem (zie eso0939 voor de eerste) en deze lijkt zich dicht bij het centrum van de leefbare zone te bevinden. Hoewel de planeet meer dan vier keer zo zwaar is als de aarde, vertoont hij van alle tot nu toe ontdekte exoplaneten de sterkste overeenkomst. De omstandigheden op zijn oppervlak maken de aanwezigheid van vloeibaar water zeker mogelijk. Na Gliese 581d – aangekondigd in 2007 en bevestigd in 2009 – is dit de tweede superaarde die bij deze HARPS-survey in de leefbare zone van een rode dwerg is ontdekt.
‘Nu we weten dat er bij nabije rode dwergen veel superaardes te vinden zijn, moeten we er met HARPS en toekomstige instrumenten meer van kunnen opsporen. Naar verwachting zullen sommige van deze planeten tijdens elke omloop eventjes voor hun moederster langs bewegen – dat biedt de spannende mogelijkheid om de atmosfeer van de planeet te onderzoeken en naar tekenen van leven te zoeken,’ besluit mede-teamlid Xavier Delfosse (eso1210).
Noten
(1) HARPS meet de radiale snelheid van een ster met ongekende precisie. Een planeet die om een ster cirkelt, zorgt ervoor dat de ster afwisselend naar een waarnemer op aarde toe beweegt en zich weer van hem verwijdert. Ten gevolge van het dopplereffect veroorzaakt deze radiale snelheidsverandering een verschuiving van het sterspectrum naar langere golflengten (roodverschuiving) als hij zich verwijdert en naar kortere golflengten als hij nadert (blauwverschuiving). Deze kleine verschuiving in het sterspectrum kan met een uiterst nauwkeurige spectrograaf als HARPS worden gemeten en worden gebruikt om de aanwezigheid van een planeet aan te tonen.
(2) Deze sterren worden M-dwergen genoemd, omdat ze van spectraalklasse M zijn. Dit is de koelste van de zeven klassen van het classificatieschema waarmee sterren naar temperatuur en spectrale kenmerken worden ingedeeld.
(3) Planeten met een massa van één tot tien keer de aardmassa worden superaardes genoemd. In ons zonnestelsel komen zulke planeten niet voor, maar bij andere sterren lijken ze heel normaal te zijn. Ontdekkingen van zulke planeten in de leefbare zones van hun sterren zijn heel spannend omdat – als de planeet rotsachtig is en water heeft, zoals de aarde – ze leven kunnen herbergen.
(4) Onder ‘nabij’ verstaan astronomen een afstand van minder dan tien parsec. Dat komt overeen met ongeveer 32,6 lichtjaar.
(5) De naam geeft aan dat de planeet de tweede ontdekte planeet (c) bij de derde component (C) van de drievoudige ster Gliese 667 is. De heldere sterren Gliese 667 A en B zullen prominente verschijningen aan de hemel van Gliese 667 Cc zijn. De ontdekking van Gliese 667 Cc is in februari 2012 onafhankelijk aangekondigd door Guillem Anglada-Escude en collega’s, ruwweg twee maanden nadat de elektronische preprint van het artikel van Bonfils et al. online ging. Deze bevestiging van de planeten Gliese 667 Cb en Cc door Anglada-Escude en medewerkers was grotendeels gebaseerd op HARPS-waarnemingen en dataverwerking van het Europese team, die vrij toegankelijk waren via het ESO-archief.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The HARPS search for southern extra-solar planets XXXI. The M-dwarf sample’, van Bonfils et al. dat in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit X. Bonfils (UJF-Grenoble 1 / CNRS-INSU, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, France [IPAG]; Geneva Observatory, Zwitserland), X. Delfosse (IPAG), S. Udry (Geneva Observatory), T. Forveille (IPAG), M. Mayor (Geneva Observatory), C. Perrier (IPAG), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Frankrijk; Observatoire de Haute-Provence, Frankrijk), M. Gillon (Université de Liège, België; Geneva Observatory), C. Lovis (Geneva Observatory), F. Pepe (Geneva Observatory), D. Queloz (Geneva Observatory), N.C. Santos (Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal), D. Ségransan (Geneva Observatory), J.-L. Bertaux (Service d’Aéronomie du CNRS, Verrières-le-Buisson, Frankrijk) en V. Neves (Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal en UJF-Grenoble 1 / CNRS-INSU, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, Frankrijk (IPAG)).
Het jaar 2012 staat in het teken van de vijftigste verjaardag van de oprichting van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. 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 uitsluitend 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. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
