Europese astronomen hebben een planeet van ongeveer één aardmassa opgespoord die rond een ster van het nabije Alfa Centauri-stelsel draait. Het is de lichtste exoplaneet die tot nu toe bij een zonachtige ster is ontdekt. De planeet is gedetecteerd met het instrument HARPS van de 3,6-meter telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla, Chili.
Dit onderzoeksresultaat wordt op 17 oktober 2012 online gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Alfa Centauri is een van de helderste sterren aan de zuidelijke hemel en, met een afstand van slechts 4,3 lichtjaar, tevens de meest nabije buur van ons zonnestelsel. Hij bestaat in werkelijkheid uit drie sterren: een stelsel van twee zonachtige sterren die op geringe afstand om elkaar draaien, Alfa Centauri A en B geheten, en een zwakke rode ster op grotere afstand: Proxima Centauri [1]. Al sinds de negentiende eeuw speculeren astronomen over mogelijke planeten bij deze sterren, de meest nabije locatie voor leven buiten het zonnestelsel, maar de diverse zoekacties leverden niets op. Tot nu toe dan.
‘Onze waarnemingen met het HARPS-instrument, die zich over meer dan vier jaar uitstrekken, hebben een klein, maar echt signaal opgeleverd van een planeet die elke 3,2 dagen een rondje om Alfa Centauri B volbrengt,’ zegt Xavier Dumusque (Sterrenwacht Genève, Zwitserland, en Centro de Astrofisica da Universidade do Porto, Portugal), hoofdauteur van het onderzoeksartikel. ‘Het is een buitengewone ontdekking die het uiterste van onze techniek heeft gevergd!’
Het Europese team heeft de planeet opgespoord door de kleine schommelingen in de beweging van de ster Alfa Centauri B te detecteren die het gevolg zijn van de zwaartekrachtsaantrekking van de eromheen cirkelende planeet [2]. Dat effect is heel klein: het zorgt ervoor dat de ster met een snelheid van slechts 51 centimeter per seconde (1,8 km/uur) heen en weer gaat – ongeveer de snelheid van een kruipende baby. Dit is de hoogste meetnauwkeurigheid die ooit met deze methode is bereikt. Alfa Centauri lijkt sterk op de zon, maar is iets kleiner en minder helder. De nu ontdekte planeet heeft een massa die een beetje groter is dan die van de aarde [3] en draait op ongeveer zes miljoen kilometer om zijn ster – een afstand die aanzienlijk kleiner is dan de afstand van Mercurius tot de zon in het zonnestelsel. De andere heldere component van de dubbelster, Alfa Centauri A, staat honderden keren verder weg, maar moet toch een zeer heldere verschijning zijn aan de hemel boven de planeet.
Sinds hetzelfde onderzoeksteam in 1995 de eerste exoplaneet bij een zonachtige ster ontdekte, zijn meer dan achthonderd exoplaneten opgespoord. De meeste daarvan zijn echter veel groter dan de aarde, vele zo groot als Jupiter [4]. De uitdaging waar astronomen nu voor staan is om een planeet op te sporen die ongeveer dezelfde massa heeft als de aarde en in de leefbare zone [5] om een andere ster draait. De eerste stap is nu gezet [6]. ‘Dit is de eerste planeet van vergelijkbare massa als de aarde die ooit bij een zonachtige ster is ontdekt. Zijn omloopbaan ligt heel dicht bij zijn ster, waardoor het er veel te heet is voor leven zoals wij dat kennen,’ aldus mede-auteur en teamlid Stéphane Udry (Sterrenwacht Genève). ‘Maar het is mogelijk dat er meer planeten om deze ster cirkelen. Onze andere HARPS-resultaten en nieuwe ontdekkingen van Kepler laten duidelijk zien dat de meeste lichte planeten deel uitmaken van stelsels met meerdere planeten.’
‘Dit resultaat is een belangrijke stap in de richting van de detectie van een tweeling van de aarde in de onmiddellijke nabijheid van de zon. We leven in opwindende tijden!,’ besluit Dumusque. ESO zal een online persconferentie houden waarbij journalisten de gelegenheid krijgen om het resultaat en de implicaties ervan met wetenschappers te bespreken. Voor deelname zie onze media advisory.
Noten
[1] De componenten van een meervoudige ster krijgen een hoofdletter achter hun naam. Alfa Centauri A is de helderste component, Alfa Centauri B de iets zwakkere en Alfa Centauri C is de veel zwakkere Proxima Centauri. Deze laatste staat iets dichter bij de aarde dan B en C en staat formeel bekend als de meest nabije ster.
[2] HARPS meet heel nauwkeurig de radiale snelheid van een ster – de snelheid waarmee deze op ons af komt of van ons weg beweegt. Een rond de ster cirkelende planeet zorgt ervoor dat de ster afwisselend naar de aarde toe en van de aarde weg beweegt. Door het dopplereffect veroorzaakt deze verandering in radiale snelheid een verschuiving in het spectrum van de ster: naar langere golflengten als de ster zich verwijdert (de zogeheten roodverschuiving) en naar kortere golflengten als de ster nadert (blauwverschuiving). Deze kleine verschuivingen van het sterspectrum kunnen met een nauwkeurige spectrograaf als HARPS worden gemeten en worden gebruikt om het bestaan van een planeet aan te tonen.
[3] Met behulp van de radiale-snelheidsmethode kunnen astronomen slechts een ondergrens bepalen voor de massa van een planeet, omdat de massabepaling mede afhangt van de hoek waaronder we tegen het baanvlak van de planeet aan kijken. En die hoek is onbekend. Statistisch gezien ligt de ondergrens echter vaak dicht bij de werkelijke planeetmassa.
[4] NASA’s Kepler-missie heeft met behulp van een andere methode 2300 kandidaat-planeten opgespoord. Deze satelliet zoekt naar kleine helderheidsafnamen in de helderheid van een ster, die ontstaan doordat er regelmatig een planeet voorlangs schuift die een deel van sterlicht tegenhoudt. De meeste kandidaat-planeten die op deze manier zijn ontdekt, zijn erg ver van de aarde verwijderd. De planeten die HARPS opspoort draaien juist om nabije sterren – de nieuwe ontdekking zelfs om een van de meest nabije. Dit maakt deze planeten tot betere doelwitten voor vervolgonderzoek, bijvoorbeeld van hun atmosfeer.
[5] De leefbare zone is de smalle gordel rond een ster waar, onder de juiste omstandigheden, vloeibaar water kan bestaan.
[6] Eind 2016 of begin 2017 wordt ESO’s Very Large Telescope uitgerust met ESPRESSO, de Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations, een instrument dat zich nu nog in de ontwerpfase bevindt. ESPRESSO kan radiale snelheden meten met een precisie van 0,35 km/uur of beter. Ter vergelijking: de aarde veroorzaakt een radiale snelheid van 0,32 km/uur bij de zon. ESPRESSO zou dus in staat moeten zijn om planeten van ongeveer één aardmassa in de leefbare zone van een andere ster op te sporen. Het ESPRESSO-consortium wordt geleid door teamleden die voor de hier beschreven ontdekking verantwoordelijk zijn.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘An Earth mass planet orbiting Alpha Centauri B’, dat op 17 oktober online in het tijdschrift Nature verschijnt. Het onderzoeksteam bestaat uit Xavier Dumusque (Sterrenwacht Genève, Zwitserland; Centro de Astrofisica da Universidade do Porto, Portugal), Francesco Pepe (Sterrenwacht Genève), Christophe Lovis (Sterrenwacht Genève), Damien Ségransan (Sterrenwacht Genève), Johannes Sahlmann (Sterrenwacht Genève), Willy Benz (Universiteit van Bern, Zwitserland), François Bouchy (Sterrenwacht Genève; Institut d’Astrophysique de Paris, Frankrijk), Michel Mayor (Sterrenwacht Genève), Didier Queloz (Sterrenwacht Genève), Nuno Santos (Centro de Astrofisica da Universidade do Porto) en Stéphane Udry (Sterrenwacht Genève).
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 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
