Microlenzen gezien door Kepler-K2 wijzen op populatie van vrij rondzwervende planeten

Impressie van een vrij rondzwervende planeet in de Melkweg. Credit
A. Stelter / Wikimedia Commons

Sterrenkundigen van de Universiteit van Manchester hebben bewijs gevonden voor het bestaan van een populatie van vrij rondzwervende planeten, dat zijn planeten die vrij bewegen in de Melkweg zonder dat er een ster in hun buurt is (Engels: ‘free floating planets’, soms ook wel ‘rogue planets’ genoemd). Iain McDonald en z’n team maakten voor hun onderzoek gebruik van gegevens die in 2016 werden verzameld door de Kepler ruimtetelescoop van de NASA, die toen aan z’n tweede missie bezig was, de K2 missie genaamd. Gedurende twee maanden werd toen door Kepler ieder half uur gekeken naar miljoenen sterren die in de richting staan van het Melkwegcentrum, het dichtst bevolkte gebied in de Melkweg van sterren. Dat deed men om zwaartekracht-microlenzen op te sporen: als er een planeet gezien vanaf de aarde gedurende korte periode precies voor één van die vele sterren langsschuift dan veroorzaakt de massa van de planeet een afbuiging van de ruimte en dat zorgt voor kromming van het pad van het licht van de erachter liggende ster én versterking van de lichtkracht, zoals op de afbeelding hieronder geschetst. Die zwaartekrachtlenzen werden meer dan honderd jaar geleden voor het eerst voorspeld door Albert Einstein op grond van zijn Algemene Relativiteitstheorie.

Credit: NASA

In totaal werden 27 microlenzen gevonden in de door Kepler verzamelde gegevens, met een duur tussen 1 uur en 10 dagen. Er zaten vier gevallen tussen met korte duur, die wijzen op planeten ter grootte van de aarde, die de microlens veroorzaakten. Zouden de planeten om een ster draaien, dan zou die ster zich ook verraden door een afbuiging van het sterlicht, maar die extra afbuiging werd niet gevonden. Vandaar dat men denkt gestuit te zijn op een populatie van vrij rondzwervende planeten in het Melkwegstelsel. Ze zullen vroeger wel bij een ster behoort hebben, maar zijn daar door zwaartekrachtwerking door de ster of andere planeten weggeslingerd. Kepler was feitelijk niet ontworpen en gebouwd om microlens-gebeurtenissen waar te nemen. Vandaar dat men allerlei nieuwe technieken moest hanteren om in de gegevens van Kepler-K2 daadwerkelijke signalen van microlenzen te scheiden van ruis. Dat was alsof men met een mobiele telefoon op een snelweg ’s avonds met alle rondrijdende verkeer een vuurvliegje wilde waarnemen, aldus waarneemleider McDonald.

Hier het vakartikel, dat zal verschijnen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Royal Astronomical Society.

Of we sterke röntgenbronnen zien op aarde hangt er vanaf hoe we er tegenaan kijken

Impressie van SS 433, met links het zwarte gat, waar materie naar toe stroomt en twee straalstromen de ruimte in schieten, rechts een nabije ster, waar vandaan materie stroomt naar het zwarte gat. Credit: DESY/Science Communication Lab

Er is een categorie van sterke röntgenbronnen in het heelal die ‘ultraluminous X-ray sources’ worden genoemd, afgekort de ULX’en – wij spreken van ultralumineuze röntgenbronnen. Een object behoort pas tot deze categorie als ‘ie in röntgenstraling minstens een miljoen keer zoveel energie uitstraalt als de zon in alle golflengten bij elkaar. Je snapt dat ULX’en daarmee zeer krachtige zenders van röntgenstraling zijn, die gemakkelijk in andere sterrenstelsels zichtbaar zijn. Er zijn op dit moment zo’n 500 ULX’en bekend. In ons eigen Melkwegstelsel hebben we ook zo’n ULX, ook wel een microquasar genoemd: SS 433, op een veilige afstand van 20.000 lichtjaar van de aarde verwijderd. Wat is alleen het geval: SS 433 is zo’n duizend keer minder helder dan die grens die aan ULX’en wordt gesteld. Maar dan is het toch geen ULX? Jawel, dat blijkt het wel te zijn, zo laat een recente studie met behulp van de NuSTAR röntgenruimtetelescoop van de NASA zien. Het is namelijk een kwestie van perspectief, hoe je aan kijk tegen het object.

Animatie van de beweging heen en weer van SS 433. Dubbelklikken om de animatie te zien. Credit: NASA/JPL-Caltech

SS 433 is een zwart gat van ongeveer tien keer de massa van de zon, waar in de buurt een gewone ster staat. Die sterk voelt de sterke aantrekkingskracht van het zwarte gat en continu vloeit er materie van de ster naar het zwarte gat, pakweg dertig keer de massa van de aarde in een jaar tijd. Die materie, vooral gas van de ster, komt terecht in een hete accretieschijf rondom het zwarte gat en daar vandaan valt het in het zwarte gat ‘of wordt het in twee kegelvormige straalstromen vanaf de magnetische polen in tegengestelde richtingen de ruimte in geslingerd. De accretieschijf heeft ook nog een periodieke slingerbeweging, die ‘m heen en weer laat schommelen (zie de animatie hierboven. En wat blijkt nu in het geval van SS 433: dat we niet precies recht in de richting van één zo’n straalstroom kijken, maar er ietsje naast. Daarom zien we SS 433 minder helder in röntgenlicht. Zouden we wel recht in de straalstroom kijken dan zou blijken dat SS 433 een echte ULX is en zou ‘ie ook voldoen aan het criterium.

Credit: NASA/JPL-Caltech

Hier het vakartikel over de studie aan SS 433, verschenen in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: NASA/JPL.

Ingenieuze ‘geweven’ spectrometer bijna klaar voor de start

Close-up van het hart van WEAVE. 700 van de 950 glasvezels zijn minutieus gepositioneerd door twee robots die zich buiten beeld bevinden. De gele ring is ongeveer 60 centimeter in diameter. (c) Gavin Dalton/Oxford University/STFC

WEAVE, een ingenieuze spectrometer met duizenden verplaatsbare glasvezels, is bijna klaar voor gebruik door sterrenkundigen. Dat meldt een team van astronomen en technici onder leiding van Scott Trager (Rijksuniversiteit Groningen). De spectrometer, inclusief de twee robots die de glasvezels in wisselende opstellingen leggen, is succesvol geïnstalleerd op de Nederlands-Britse-Spaanse William Herschel Telescope op La Palma.

WEAVE staat voor WHT Enhanced Area Velocity Explorer en is een deels in Nederland gemaakte spectrometer. Het instrument kan meer dan 900 sterren of sterrenstelsels tegelijk in de gaten houden. Het rafelt met hoge precisie sterlicht uiteen in duizenden afzonderlijke kleuren. De kern van WEAVE bestaat uit bijna 2.000 verplaatsbare glasvezels. De losse glasvezels worden zo geplaatst dat ze elkaar niet storen. Van een afstandje heeft het veel weg van een kantkloswerk of een weefgetouw, vandaar ook de naam WEAVE. Met WEAVE kunnen astronomen de vorming van sterren bestuderen en onderzoeken hoe sterrenstelsels en het heelal veranderen.

De WEAVE-spectrometer geïnstalleerd op zijn plek achter de Nederlands-Britse-Spaanse William Herschel Telescope op La Palma. (c) Remko Stuik/NOVA/Universiteit Leiden

“We zijn ontzettend opgetogen dat WEAVE nu bijna klaar is voor echte waarnemingen,” zegt Scott Trager (Kapteyn Astronomisch Instituut, Rijksuniversiteit Groningen). Trager is de wetenschappelijk projectleider van WEAVE en de voorzitter van het WEAVE Survey Consortium dat overzichtsstudies van het heelal moet opleveren. “Vanwege reisbeperkingen door de coronapandemie duurde het allemaal wat langer dan gepland, maar nu kunnen we echt van start.”

Een van de digitale camera’s wordt getest. Het beeldvlak is 20 bij 12 centimeter groot en telt meer dan 75 miljoen pixels. (c) ING.

Diverse onderdelen

WEAVE zal de komende vijf jaar tientallen miljoenen spectra van sterren en sterrenstelsels genereren. De gegevens van WEAVE kunnen bijvoorbeeld worden gekoppeld aan de dataverzamelingen van de LOFAR-telescoop en van de ruimtesatelliet Gaia. Doordoor krijgen astronomen meer inzicht in hoe onze Melkweg is gevormd, hoe de sterren daarin zijn geëvolueerd, hoe andere sterrenstelsels zijn samengesteld.

De spectrometer bestaat uit diverse onderdelen. De zogeheten primaire focuscorrigeerder (prime-focus corrector) zorgt ervoor dat elke glasvezel meer dan 80% van het sterlicht binnenkrijgt. De vezelplaatser (fibre positioner) bestaat uit twee robots die de meer dan 900 glasvezels binnen een uur in de gewenste opstelling leggen. Twee camera’s met elk 12.000 bij 6.000 pixels verzamelen de uiteindelijke spectra. Twee cryostaten met vloeibare stikstof koelen de digitale camera’s zodat geen beeldvervormingen ontstaan.

Eind 2020 waren de meeste onderdelen aangekomen op het Canarische eiland La Palma. Door reisbeperkingen vanwege corona had dat langer geduurd dan verwacht. De afgelopen maanden voerden de sterrenkundigen standaard tests en simpele waarnemingen uit. De komende twee à drie maanden volgen de wetenschappelijker waarnemingen tijdens de zogeheten science-verification-tests. Daarna kunnen astronomen uit de hele wereld van de telescoop gebruikmaken.

Testafbeelding van spiraalstelsel M74. De foto is gemaakt met het WEAVE-instrument in ‘vol bedrijf’. (c) Darío González Picos, Lara Monteagudo, Chris Benn and Ovidiu Vaduvescu/ING.

Consortium

De WEAVE-spectrometer is gefinancierd door Science and Technology Facilities Council (STFC, Verenigd Koninkrijk), Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA), Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), Isaac Newton Group of Telescope (ING, Verenigd Koninkrijk, Nederland, Spanje), Astrophysical Institute of the Canaries (IAC, Spanje), Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO, Spanje), National Institute for Astrophysics (INAF, Italië), French National Centre for Scientific Research (CNRS, Frankrijk), Paris Observatory – University of Paris Science and Letters (Frankrijk), Region île de France (Frankrijk), National Institute for Astrophysics, Optics and Electronics (INAOE, Mexico), National Council for Science and Technology (CONACYT,Mexico), Lund Observatory (Zweden), Uppsala University (Zweden), Leibniz Institute AIP (Duitsland), Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA, Duitsland), University of Pennsylvania (Verenigde Staten), Konkoly Observatory (Hongarije). Bron: Astronomie.nl.