Rotsachtige 'superaarde' opgespoord in leefbare zone van rustige rode dwergster

Een exoplaneet die om een rode dwergster op veertig lichtjaar van de aarde draait, zou wel eens de nieuwe houder kunnen zijn van de titel 'beste plek om naar tekenen van leven buiten het zonnestelsel te zoeken'. Met behulp van het HARPS-instrument van de ESO-sterrenwacht op La Silla, en telescopen elders ter wereld, heeft een internationaal team van astronomen een 'superaarde' ontdekt die zich binnen de leefbare zone van de zwakke ster LHS 1140 bevindt. Deze wereld is een beetje groter en aanzienlijk zwaarder dan de aarde en heeft zijn atmosfeer waarschijnlijk grotendeels kunnen vasthouden.

Dit, samen met het feit dat hij tijdens elk omloop voor zijn moederster langs schuift, maakt hem tot een van de spannendste objecten voor toekomstig atmosfeeronderzoek. De resultaten zullen op 20 april 2017 verschijnen in het tijdschrift Nature. De pas ontdekte superaarde LHS 1140b cirkelt binnen de leefbare zone rond een zwakke rode dwergster in het sterrenbeeld Cetus (Walvis) die LHS 1140 wordt genoemd [1]. Rode dwergen zijn veel kleiner en koeler dan de zon. Hierdoor ontvangt LHS 1140b, hoewel hij zich tien keer dichter bij zijn ster bevindt dan de aarde bij de zon, maar ongeveer half zoveel licht van zijn ster als de aarde. Daarmee bevindt hij zich in het hart van de leefbare zone rond de ster. Omdat we vanaf de aarde bijna tegen de zijkant van zijn omloopbaan aan kijken, trekt de exoplaneet eens in de 25 dagen voor de ster langs, waarbij hij een beetje van het sterlicht tegenhoudt.

'Dit is de spannendste exoplaneet die ik in de afgelopen tien jaar ben tegengekomen,' zegt hoofdauteur Jason Dittmann van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cambridge, VS). 'Een beter doelwit voor een van de belangrijkste zoektochten in de wetenschap – die naar tekenen van leven buiten de aarde – kunnen we ons nauwelijks wensen.' 'De omstandigheden waarin de rode dwerg zich momenteel verkeert, zijn bijzonder gunstig: LHS 1140 roteert langzamer en zendt minder hoogenergetische straling uit dan vergelijkbare sterren met weinig massa,' legt teamlid Nicola Astudillo-Defru van de sterrenwacht van Genève, Zwitserland, uit [2].

Voor leven zoals wij dat kennen, moet een planeet vloeibaar water op zijn oppervlak hebben en een atmosfeer kunnen vasthouden. In dit geval brengen de grote afmetingen van de planeet met zich mee dat zijn oppervlak gedurende miljoenen jaren bedekt kan zijn geweest met magma. Deze ziedend hete oceaan kan, nog lang nadat de ster tot bedaren was gekomen en zijn huidige gelijkmatige gloed had verkregen, grote hoeveelheden waterdamp de atmosfeer in hebben geblazen en op die manier de watervoorraad van de planeet hebben aangevuld. De ontdekking is oorspronkelijk gedaan met de MEarth-faciliteit, die de eerste karakteristieke dipjes in het licht detecteerde die optreden wanneer een exoplaneet voor zijn ster langs beweegt. Vervolgens zijn met ESO's HARPS-instrument – de High Accuracy Radial velocity Planet Searcher – de cruciale vervolgwaarnemingen gedaan die het bestaan van de superaarde hebben bevestigd. HARPS heeft ook geholpen bij het vaststellen van de omlooptijd van de exoplaneet, en de bepaling van diens massa en dichtheid [3].

De astronomen schatten dat de planeet minstens vijf miljard jaar oud is. Ook hebben zij vastgesteld dat zijn middellijn 1,4 keer zo groot is als die van de aarde – bijna 18.000 kilometer. Uit het feit dat zijn massa ongeveer zeven keer zo groot is als die van de aarde kan worden afgeleid dat hij een veel grotere dichtheid heeft als onze planeet en waarschijnlijk bestaat uit gesteente met een dichte kern van ijzer. Deze superaarde zou wel eens de beste kandidaat kunnen zijn voor toekomstig atmosfeeronderzoek – áls de planeet een atmosfeer heeft tenminste. Twee van de Europese leden van het onderzoeksteam, Xavier Delfosse en Xavier Bonfils – beiden verbonden aan het CNRS en IPAG in Grenoble, Frankrijk – concluderen: 'Het stelsel van LHS 1140 is wellicht een nog belangrijker doelwit voor de toekomstige karakterisering van planeten in de leefbare zone dan Proxima b of TRAPPIST-1. Dit is een uitzonderlijk jaar voor het exoplanetenonderzoek geweest!' [4,5]

Waarnemingen die binnenkort met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA worden gedaan, kunnen uitsluitsel geven over de hoeveelheid hoogenergetische straling die op LHS 1140b neerregent, zodat zijn 'levensvatbaarheid' nader kan worden bepaald. Verder in de toekomst, wanneer nieuwe telescopen zoals ESO's Extremely Large Telescope in bedrijf zijn, zullen astronomen waarschijnlijk in staat zijn om de atmosferen van exoplaneten aan een gedetailleerd onderzoek te onderwerpen, en LHS 1140b is een buitengewoon geschikte kandidaat voor dergelijk onderzoek.

Noten

[1] De leefbare zone is de gordel rond een ster waarbinnen een planeet de juiste temperatuur bezit om vloeibaar water op zijn oppervlak te laten bestaan.

[2] Hoewel de planeet zich nu binnen de zone bevindt waarin leven zoals wij dat kennen kan voorkomen, heeft hij dit gebied waarschijnlijk pas ongeveer veertig miljoen jaar na het ontstaan van de rode dwergster bereikt. Tijdens deze beginfase zal de exoplaneet zijn blootgesteld aan het wispelturige karakter van zijn moederster. Een jonge rode dwerg kan gemakkelijk het water uit de atmosfeer van een nabije planeet verdrijven, wat resulteert in een op hol geslagen broeikaseffect zoals bij de planeet Venus.

[3] Deze inspanning maakte de detectie van aanvullende planeetovergangen met MEarth mogelijk, zodat de astronomen het bestaan van de exoplaneet definitief konden bevestigen.

[4] De planeet bij Proxima b (eso1629) bevindt zich veel dichter bij de aarde, maar deze schuift van ons uit gezien waarschijnlijk niet voor zijn ster langs, waardoor het heel moeilijk is om vast te stellen of deze een atmosfeer vasthoudt.

[5] Anders dan in het TRAPPIST-1-stelsel (eso1706), zijn bij LHS 1140 geen andere exoplaneten aangetroffen. Vermoed wordt echter dat de meeste rode dwergsterren meerdere planeten hebben. In dit geval zouden de overige planeten zo klein kunnen zijn, dat ze (nog) niet zijn opgemerkt.