Rond de dichtstbijzijnde enkelvoudige ster na de zon draait een planeet die minstens 3,2 keer zoveel massa heeft als de aarde – een zogeheten super-aarde. Deze bevroren, zwak verlichte wereld is ontdekt bij een van de grootste waarnemingscampagnes tot nu toe, waarbij een scala aan instrumenten is ingezet, waaronder het HARPS-instrument van ESO. De nieuw ontdekte planeet is de op één na meest nabije exoplaneet die we kennen. De Ster van Barnard is de snelst bewegende ster aan de nachthemel.
Astronomen hebben een planeet gedetecteerd die om de slechts zes lichtjaar verre Ster van Barnard draait. Deze doorbraak, die vandaag wordt bekendgemaakt in het tijdschrift Nature, is het resultaat van de projecten Red Dots en CARMENES. Bij deze zoektochten naar nabije rotsachtige planeten werd eerder al een nieuwe wereld ontdekt bij onze naaste buurster Proxima Centauri.
De planeet, die Ster van Barnard b wordt genoemd, staat nu te boek als de op één na meest nabije exoplaneet die we kennen [1]. De verzamelde gegevens wijzen erop dat de planeet een superaarde zou kunnen zijn, met minstens 3,2 keer zoveel massa als de aarde, die in ongeveer 233 dagen om zijn ster draait. De Ster van Barnard, de moederster van de planeet, is een rode dwerg: een koele ster van geringe massa die maar weinig licht uitstraalt. De planeet ontvangt slechts 2% van de hoeveelheid licht en energie die de aarde van de zon ontvangt. Hoewel de afstand tot zijn moederster relatief klein is – slechts 0,4 maal de afstand tussen de aarde en de zon – bevindt de exoplaneet zich dicht bij de ‘sneeuwlijn’ – de zone waar vluchtige stoffen zoals water kunnen condenseren tot vast ijs. Deze ijskoude, schemerige wereld zou een temperatuur van –170 ℃ kunnen hebben, en is daarmee niet geschikt voor leven zoals wij het kennen.
De Ster van Barnard, genoemd naar de Amerikaanse sterrenkundige Edward Emerson Barnard, is de dichtstbijzijnde enkelvoudige buurster van de zon. De ster is waarschijnlijk twee keer zo oud als onze zon en relatief inactief. Wel vertoont hij van alle sterren de grootste eigenbeweging – zijn verplaatsing ten opzichte van verre achtergrondsterren. [2]. Superaardes zijn het meest voorkomende soort planeten dat zich rond sterren van geringe massa, zoals de Ster van Barnard, kan vormen. Dat maakt de detectie van deze nieuw ontdekte kandidaat-planeet nog aannemelijker. Bovendien voorspellen de huidige theorieën over de vorming van planeten dat de sneeuwlijn de ideale plek is voor de vorming van zulke planeten. Eerdere zoekacties naar een planeet bij de Ster van Barnard hebben geen succes gehad. Deze recente doorbraak was alleen mogelijk door metingen van verschillende, uiterst precieze instrumenten, gekoppeld aan telescopen van over de hele wereld, aan elkaar te knopen [3].
‘Na een zeer zorgvuldige analyse zijn we er voor 99% zeker van dat de planeet bestaat’, aldus de hoofdwetenschapper van het team, Ignasi Ribas van het Institute of Space Studies of Catalonia en het Institute of Space Sciences (CSIC) in Spanje. ‘We zullen deze snel bewegende ster echter blijven waarnemen om mogelijke, maar onwaarschijnlijke, natuurlijke helderheidsvariaties te kunnen uitsluiten die zich als een planeet zouden kunnen voordoen.’ Onder de gebruikte instrumenten bevonden zich ESO’s befaamde spectrografen HARPS en UVES. ‘HARPS speelde een essentiële rol in dit project. We hebben archiefgegevens van andere teams gecombineerd met nieuwe, overlappende metingen van de Ster van Barnard met uiteenlopende instrumenten’, aldus mede-teamleider Guillem Anglada Escudé van Queen Mary University in Londen [4]. ‘Het was deze combinatie van instrumenten die ons in staat stelde om ons resultaat te verifiëren.’
Bij hun ontdekking van de kandidaat-exoplaneet hebben de astronomen gebruik gemaakt van het dopplereffect. Terwijl de planeet om de ster draait, zorgt zijn zwaartekrachtsaantrekking ervoor dat de ster een beetje heen en weer wiebelt. Wanneer de ster zich ten gevolge van deze schommelbeweging van de aarde verwijdert, vertoont zijn lichtspectrum een geringe roodverschuiving. Dat wil zeggen dat het sterlicht naar langere golflengten opschuift. Wanneer de ster richting aarde beweegt, verschuift zijn licht naar kortere, blauwere golflengten. Astronomen gebruiken dit effect om de veranderingen in de snelheid van een ster te meten zoals die door een exoplaneet worden veroorzaakt. Dat gebeurt met een verbluffende nauwkeurigheid: HARPS kan snelheidsveranderingen van 3,5 km/u detecteren – ongeveer wandeltempo. Deze vorm van de jacht op exoplaneten, die de radialesnelheidsmethode wordt genoemd, is nog nooit eerder gebruikt om een superaarde op te sporen die in zo’n wijde baan om zijn ster draait.
‘We hebben waarnemingen van zeven verschillende instrumenten, verspreid over een periode van twintig jaar, gebruikt, waarmee dit een van de grootste en meest uitgebreide datasets ooit is in het radialesnelheidsonderzoek’, legt Ribas uit. ‘De combinatie van alle gegevens resulteerde in alles bij elkaar 771 metingen – een enorme hoeveelheid informatie!’ ‘We hebben allemaal heel hard gewerkt aan deze doorbraak’, aldus Anglada-Escudé. ‘Deze ontdekking is het resultaat van een grote samenwerking in het kader van het Red Dots-project, met bijdragen van teams over de hele wereld. Bij diverse sterrenwachten over de hele wereld wordt al aan vervolgwaarnemingen gewerkt.’
Noten
[1] De enige sterren op geringere afstand van de zon zijn die van het drievoudige stersysteem Alfa Centauri. In 2016 ontdekten astronomen die gebruik maakten van ESO-telescopen en andere faciliteiten duidelijk bewijs voor een planeet die om de dichtstbijzijnde ster van dit systeem, Proxima Centauri, cirkelt. Deze planeet, die iets meer dan 4 lichtjaar van ons is verwijderd, werd ontdekt door een team onder leiding van Guillem Anglada Escudé.
[2] De totale snelheid van de Ster van Barnard ten opzichte van de zon bedraagt ongeveer 500.000 km/uur. Ondanks dit flitsende tempo is hij niet de snelst bekende ster. Wat de beweging van de ster zo opmerkelijk maakt, is hoe snel hij zich langs onze nachthemel lijkt te verplaatsen – een verschijnsel dat de eigenbeweging wordt genoemd. De Ster van Barnard verplaatst zich in de loop van 180 jaar over een afstand die gelijk is aan de schijnbare diameter van de maan aan de hemel. Dat lijkt niet veel, maar daarmee heeft hij van alle sterren verreweg de grootste eigenbeweging.
[3] Bij dit onderzoek is gebruik gemaakt van de volgende instrumenten: HARPS van de 3,6-meter ESO-telescoop, UVES van ESO’s VLT; HARPS-N van de Telescopio Nazionale Galileo, HIRES van de 10-meter Keck 10-telescoop, PFS van Carnegie’s 6,5-meter Magellan-telescoop, APF van de 2,4-m telescoop van de Lick-sterrenwacht en CARMENES van de Calar Alto-sterrenwacht. Aanvullende waarnemingen zijn gedaan met de 90-cm telescoop van het Sierra Nevada Observatory, de 40-cm robottelescoop van de SPACEOBS-sterrenwacht en de 80-cm Joan Oró Telescope van de Montsec Astronomical Observatory (OAdM).
[4] Het verhaal achter deze ontdekking zal in de ESOBlog van deze week nader uit de doeken worden gedaan.
