29 september 2020

Eerste spectrum van exoplaneet in zichtbaar licht gedetecteerd

Artist's impression van de exoplaneet 51 Pegasi b

Artist’s impression van de exoplaneet 51 Pegasi b. Credit: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)

Astronomen hebben, met behulp van de HARPS ‘planetenjager’ van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili, voor het eerst het spectrum gedetecteerd van zichtbaar licht dat door een exoplaneet werd weerkaatst. De waarnemingen hebben nieuwe informatie opgeleverd over het beroemde object 51 Pegasi b – de eerste exoplaneet die bij een normale ster is ontdekt. Het resultaat belooft veel voor de toekomst van de gebruikte techniek, met name nu er een nieuwe generatie van instrumenten, zoals het VLT-instrument ESPRESSO, en telescopen, zoals de E-ELT, op komst is.

De exoplaneet 51 Pegasi b [1] staat op een afstand van ongeveer 50 lichtjaar in het sterrenbeeld Pegasus. Hij is in 1995 opgespoord en zal voor altijd bekend staan als de eerste exoplaneet die ontdekt is bij een gewone ster als de zon [2]. Hij wordt ook beschouwd als het prototype van een hete Jupiter – een klasse van, naar we inmiddels weten, veel voorkomende planeten, die qua grootte en massa vergelijkbaar zijn met Jupiter, maar op veel kleinere afstanden om hun moedersterren draaien.

De ster 51 Pegasi in het sterrenbeeld Pegasus. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Sinds die baanbrekende ontdekking zijn meer dan 1900 exoplaneten opgespoord die deel uitmaken van 1200 verschillende planetenstelsels. Maar twintig jaar na zijn ontdekking zorgt 51 Pegasi b opnieuw voor een doorbraak in het exoplanetenonderzoek.

Het team dat de nieuwe detectie heeft gedaan stond onder leiding van Jorge Martins van het Instituto de Astrofá­sica e Ciáªncias do Espaá§o (IA) en de Universiteit van Porto (Portugal), die momenteel doctoraal student is bij ESO in Chili. De astronomen maakten gebruik van het HARPS-instrument van de 3,6-meter ESO-telescoop van de sterrenwacht op La Silla in Chili.

Momenteel wordt bij het onderzoek van de atmosferen van exoplaneten veelal gebruik gemaakt van een techniek die transmissiespectroscopie wordt genoemd. Daarbij wordt gekeken naar licht van de moederster dat wordt gefilterd door de atmosfeer van de planeet, op het moment dat deze voor zijn ster langs schuift. Een alternatieve aanpak is om het tweetal waar te nemen wanneer de planeet achter zijn ster verdwijnt – een methode die voornamelijk informatie oplevert over de temperatuur van de exoplaneet.

Overzichtsfoto van de hemel rond de ster 51 Pegasi. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2.

De nieuwe techniek is niet afhankelijk van planeetovergangen en kan in principe op veel grotere aantallen exoplaneten worden toegepast. Ze maakt het mogelijk om het spectrum van de planeet rechtstreeks te detecteren in zichtbaar licht. Zo kunnen allerlei eigenschappen van de planeet worden afgeleid die buiten het bereik van andere technieken liggen.

Bij de nieuwe techniek wordt het spectrum van de moederster gebruikt als leidraad voor de zoektocht naar een gelijksoortige signatuur van licht, zoals die naar verwachting wordt weerkaatst door de om de ster cirkelende planeet. Dat is een uiterst moeilijke taak, omdat planeten ongelooflijk zwak stralen in vergelijking tot hun oogverblindende moedersterren.

Het signaal van de planeet wordt ook gemakkelijk overstemd door andere kleine effecten en bronnen van ruis [3]. De succesvolle toepassing van de techniek op de gegevens die HARPS over 51 Pegasi b heeft verzameld, kan dan ook worden beschouwd als een uiterst waardevol bewijs van haalbaarheid.

Jorge Martins legt uit: ‘Dit soort detectietechniek is van groot wetenschappelijk belang, omdat zij ons in staat stelt om de werkelijke massa en baanhelling van de planeet te meten, wat cruciaal is voor een volledig begrip van het betreffende stelsel. Ze stelt ons ook in staat om een schatting te maken van het albedo of licht-weerkaatsende vermogen van de planeet, wat weer informatie geeft over de samenstelling van zowel het oppervlak als de atmosfeer van de planeet.’

51 Pegasi b blijkt ongeveer half zo veel massa te hebben als Jupiter, en zijn baan maakt een hoek van ongeveer negen graden met de gezichtslijn naar de aarde [4]. De planeet lijkt ook groter te zijn dan Jupiter en veel licht te weerkaatsen. Die eigenschappen zijn karakteristiek voor een hete Jupiter, die zich heel dicht bij zijn moederster bevindt en aan intens sterlicht blootstaat.

Harps was cruciaal voor het onderzoek, maar het feit dat het resultaat is verkregen met behulp van de 3,6-meter ESO-telescoop, die wat deze techniek betreft beperkte mogelijkheden heeft, is goed nieuws voor astronomen. Bestaande apparatuur als deze zal worden overtroffen door veel geavanceerdere instrumenten op grotere telescopen, zoals ESO’sVery Large Telescope en de toekomstige European Extremely Large Telescope [5].

We kijken nu halsreikend uit naar de ingebruikname van de ESPRESSO-spectrograaf van de VLT, waarmee we dit en andere planetenstelsels nog gedetailleerder kunnen onderzoeken,’ besluit Nuno Santos, van de IA en de Universiteit van Porto, die mede-auteur is van het nieuwe onderzoeksartikel. Bron: ESO.

  1. Zowel 51 Pegasi b als zijn moederster 51 Pegasi staan op de NameExoWorlds-lijst van de IAU. Iedereen kan namen voor deze objecten suggereren. []
  2. Eerder werden al twee planeetachtige objecten ontdekt in de extreme omgeving van een pulsar. []
  3. De uitdaging laat zich vergelijken met de poging om het zwakke schijnsel te onderzoeken van een klein insect dat rond een ver, fel licht vliegt. []
  4. Dit betekent dat we de planeetbaan vanaf de aarde vrijwel van opzij zien, maar de planeet niet voor zijn ster langs kunnen zien schuiven. []
  5. Het VLT-instrument ESPRESSO en de nog krachtigere instrumenten van toekomstige, veel grotere telescopen als de E-ELT, zullen zorgen voor een aanzienlijke toename in meetnauwkeurigheid en licht-verzamelend vermogen. Dat zal de detectie van kleinere exoplaneten vergemakkelijken en gedetailleerde informatie opleveren over planeten die vergelijkbaar zijn met 51 Pegasi b. []

Comments

  1. Een tijdje geleden de cursus ‘Alien Worlds: The Science of Exoplantes Discovery and Characterization’ op edX afgerond en snap nu eindelijk echt wat er allemaal in dit bericht wordt verteld. Aanrader voor wie meer over exoplaneten wil weten, maar niet zwaar onderlegd is in de wiskunde. Fijn dat jullie op Astroblogs sowieso moeilijke materie niet uit de weg gaan. Stimuleert me enorm om meer te leren.

    P.s kreeg dit bericht niet via Android telefoon met chrome niet op de site geplaatst.

  2. Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

    51 Pegasi b heeft al tien jaar als bijnaam Bellerophon, lijkt me een prima naam voor de IAU om officieel te maken 😀

  3. Quote : “Ze stelt ons ook in staat om een schatting te maken van het albedo of licht-weerkaatsende vermogen van de planeet, wat weer informatie geeft over de samenstelling van zowel het oppervlak als de atmosfeer van de planeet.’

    Tot zo verre de theorie.
    Met alle respect maar, hoe moeilijk zal het zijn om de samenstelling van een hete Jupiter te gokken vanuit mijn luie stoel?
    -> Voornamelijk Waterstof 85 tot 95% ; iets Helium 5 tot 15 % ; sporen Methaan < 3 %

    Maar waar zijn de daadwerkelijke onderzoeksresultaten? 😕

    Groet, Paul

    https://www.astroblogs.nl/2014/07/29/vette-infrographic-laat-de-atmosferische-eigenschappen-van-planeten-zien/

    • gert1904 gert1904 zegt

      Even zoeken 😀!

      Het bronartikel meldt onder het kopje “Meer informatie” de titel van het wetenschappelijke artikel, en het tijdschrift waarin het verschenen is. Daarna is het natuurlijk een fluitje van een cent:

      http://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2015/04/aa25298-14.pdf

      Ik zal het morgen eens lezen.

      • Bedankt, Gert.

        Men rept iets over Sodium (Natrium ; Na ) maar verder weinig/geen info.
        Een en ander moet eigenlijk nog ontwikkeld worden, begrijp ik.

        Met IR komt men wellicht verder, maar dit artikel gaat nu eenmaal over zichtbaar licht… 😉

        Groet, Paul

        • gert1904 gert1904 zegt

          Met rept inderdaad over sodium. Éénmalig. In de inleiding. En dat gaat over het tranmissiespectrum van een andere planeet:

          “The detection of sodium absorption in the transmission spectrum of HD 209458 b (Charbonneau et al. 2002) paved the way for the detection of spectral features in exoplanet atmospheres.”.

          De opmerking dat er verder geen of weinig info in staat laat ik geheel voor jouw rekening.

          Het is natuurlijk wel zo dat (ook) deze methode met de komst van nóg betere instrumenten vooruitgang zal boeken. Dít stellen de onderzoekers in hun Conclusions:

          “These encouraging results clearly show a bright future for this type of studies when next-generation instruments (e.g., ESPRESSO at the VLT) and telescopes (e.g., ESO’s E-ELT) become available to the community.”.

          • Quote : “De opmerking dat er verder geen of weinig info in staat laat ik geheel voor jouw rekening”

            Ik uit mij wellicht wat ongenuanceerd. 😉
            … maar, bovenstaand artikel meldt dat we dankzij deze (nieuwe) techniek, meer zullen leren over onder anderen de samenstelling van dit soort planeten.
            Die ‘belofte’ zie ik in het onderliggende artikel (nog) niet waargemaakt.

            Ik vrees dat ik weer te ongeduldig ben, en even rustig moet wachten op ‘next-generation instruments’.

            Paul

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: