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.

Gloednieuwe techniek werpt meer licht op de vorming van de jonge Melkweg en ontdekt ‘gemigreerde’ sterren

Een internationaal team astrofysici heeft met behulp van een gloednieuwe techniek – asteroseismologie gecombineerd met spectroscopie – de ouderdom van 100 Rode reuzen in de Melkweg nauwkeurig weten vast te stellen. Daarbij ontdekte het team dat een aantal van deze reuzensterren helemaal niet afkomstig is uit onze Melkweg. Het zijn, zeg maar, ‘gemigreerde’ sterren uit een ander sterrenstelsel, i.d. het satellietstelsel ‘Gaia-Enceladus’. In zijn geheel levert het onderzoek het beste bewijs tot nu toe voor de timing hoe onze vroege Melkweg samenkwam, inclusief de fusie zo’n 10 miljard jaar geleden van de Melkweg met dit dwergstelsel ‘Gaia-Enceladus’. Het wetenschappelijk paper van het onderzoek, werd op 17 mei j.l. gepubliceerd in Nature Astronomy. Onderzoeksleider en eerste auteur is Dr. Josefina Montalbán van de Universiteit van Birmingham.

Infraroodbeeld van sterren in het centrum van de Melkweg (Spitzer). Infrarood-observaties ‘kijken’ achter de gaswolken. Ong. 10 miljoen sterren zijn er binnen 3,3 lj van het galactische centrum. Deze worden gedomineerd door Rode reuzen, dezelfde soort oude sterren die in dit onderzoek uit een ander sterrenstelsel blijken te komen. Afbeelding via NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech).

Montalbán stelt dat de samensmelting met Gaia-Enceladus beschouwd wordt als een van de belangrijkste gebeurtenissen in de geschiedenis van de Melkweg, die gebeurtenis heeft vorm gegeven aan hoe we de Melkweg vandaag de dag waarnemen. Wat betekent de vondst van deze ‘gemigreerde’ sterren? Co-auteur Fiorenzo Vincenzo stelt: “Ons bewijs suggereert dat toen de fusie met een dwergstelsel plaatsvond, de Melkweg al een grote populatie van zijn eigen sterren had gevormd.” De fusie met Gaia- Enceladus vond zo een 8 tot 11 miljard jaar geleden plaats. Daarentegen is de leeftijd van de Melkweg ongeveer 13,6 miljard jaar. Deze fusie gebeurde dus vroeg in de geschiedenis van het Melkwegstelsel. Vincenzo vervolgt: “Veel van die ‘eigengemaakte’ sterren kwamen terecht in de dikke schijf in het midden van de Melkweg, terwijl de meeste sterren die werden gevangen vanuit Gaia-Enceladus zich in de buitenste halo van de Melkweg bevinden.” Door het berekenen van de leeftijd van de sterren, kon men nu voor het eerst vaststellen dat de sterren die zijn ingevangen vanaf Gaia-Enceladu,s een vergelijkbare of iets jongere leeftijd hebben vergeleken met de meeste sterren die in de Melkweg zijn ‘geboren’. De botsing van zo een 10 miljard jaar geleden, was een ‘gewelddadige’ aangelegenheid, Vincenzo stelt: “De resultaten toonden aan dat de fusie de banen van de sterren die zich al in de Melkweg bevonden, deed veranderen, ze werden excentrieker.” Ook bleek de chemische samenstelling van de ‘gemigreerde’ sterren anders te zijn.

Artistieke impressie van de galactische schijf Credits: ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmesser/R. Hurt

Hoe vond men deze sterren? Het team nam een willekeurig hondertal oude sterren die met de Kepler telescoop zijn waargenomen, het betrof rode reuzen, sterren in hun laatste ‘levensfase’. M.b.v. data van Kepler, de Gaia-satelliet en de APOGEE, paste men de techniek van de asteroseismologie toe (de studie van de manier waarop sterren oscilleren vergelijkbaar met helioseismologie die de zonnetrillingen bestudeert). D.w.z. de techniek meet regelmatige variaties binnen de ster. Door te leren hoe een ster oscilleert, verkrijgt men informatie over de grootte en interne structuur van een ster, waardoor ze op hun beurt de leeftijd van de ster kunnen schatten. Teamlid Mathieu Vrard, Ohio State University, stelt: “De techniek stelt ons in staat om zeer precieze leeftijden voor de sterren, die belangrijk zijn bij het bepalen van de chronologie van wanneer gebeurtenissen plaatsvonden in de vroege Melkweg. Spectroscopisch onderzoek deed men om de chemische samenstelling van de sterren te achterhalen. Dit helpt ook bij het bepalen van de leeftijd, en in combinatie hielp dit de leeftijden van de sterren te bepalen met een ongekende precisie. De astronomen merkten op dat een aantal van hen even oud was, en dat deze leeftijd iets jonger was dan de meeste van de sterren waarvan men weet dat ze hun leven begonnen in de Melkweg. Teamlid Andrea Miglio voegde toe: “We hebben het enorme potentieel van asteroseismologie in combinatie met spectroscopie laten zien om nauwkeurige relatieve leeftijden te bepalen voor individuele, zeer oude sterren. Alles bij elkaar dragen deze metingen bij aan een scherpere kijk op de jonge Melkweg en beloven ze een mooie toekomst voor [Melkweg] archeoastronomie.” Nu willen de onderzoekers hun benadering toepassen op grotere aantallen sterren om een nog beter zicht op de vorming van de Melkweg te krijgen. Bronnen: Ohio State University, EarthSky, Universiteit van Birmingham, ESA

Nieuwe Netflix docuserie ‘Alien Worlds’ is wetenschap en fictie in de mix

Vanaf 2 december j.l. is de nieuwe sciencefiction serie ‘Alien Worlds’ te zien op Netflix. Onder is de trailer te bekijken. In het eerste seizoen wordt de vraag; is er leven op andere planeten? wederom gesteld en worden vreemde werelden voorgesteld. De serie past de levenswetten van de aarde toe op de rest van de Melkweg en combineert wetenschappelijke feiten en fictie om leven op andere planeten uit te beelden. Hiervoor gaat men over de hele wereld om kennis te maken met wetenschappers, als (exo)biologen en planetair astronomen, die speculeren over leven op andere planeten en welke vorm deze mogelijk aannemen. Lees verder

Er zijn naar schatting 300 miljoen potentieel leefbare planeten in het Melkwegstelsel

Impressie van Kepler-186f, de eerste bevestigde aardachtige planeet in de leefbare zone van z’n ster. CREDIT: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

Gebruikmakend van gegevens verzameld met de Amerikaanse Kepler en Europese Gaia ruimtetelescopen hebben sterrenkundigen berekend dat er naar schatting 300 miljoen potentieel leefbare planeten in het Melkwegstelsel zijn. Daarbij heeft men gekeken naar planeten die ongeveer de omvang van de aarde hebben (tussen 0,5 en 1,5 aardmassa) en die naar alle waarschijnlijkheid rotsachtig zijn. Ook beperkte men zich tot op de zon lijkende sterren qua leeftijd en temperatuur. Een leefbare planeet wordt gedefinieerd als een planeet die zich bevindt in de leefbare zone van z’n ster, de zone waar de temperatuur zo hoog is dat water er in vloeibare vorm kan voorkomen (ook wel de Goudlokje zone genoemd) – een belangrijke voorwaarde voor de aanwezigheid van leven. Steve Bryson, Michelle Kunimoto et al komen in dit vakartikel, verschenen in The Astronomical Journal, aan met de analyse van de gegevens van Kepler en Gaia en de resultaten die daaruit volgen.

Impressie van de Kepler ruimtetelescoop, die negen jaar succesvol gespeurd heeft naar exoplaneten. Credit: NASA/Ames Research Center/W. Stenzel/D. Rutter.

Van die 300 miljoen leefbare planeten lijken er een aantal ook dicht bij de aarde te staan: minstens vier potentieel leefbare planeten zouden op grond van de statistieken binnen een afstand van 30 lichtjaar tot de aarde staan en de meest nabije zou zelfs op ongeveer 20 lichtjaar kunnen staan. Om op het aantal van 300 miljoen te komen is men uitgegaan van een voorzichtige schatting dat 7% van alle op de zon lijkende sterren aardachtige planeten heeft. Als men een optimistische schatting neemt dat de helft van die sterren dergelijke planeten heeft dan wordt het aantal veel meer dan 300 miljoen. Bron: NASA

Sterrenkundigen hebben een pi-Aarde ontdekt, een planeet met een omloopbaan van 3,14 dagen

Impressie van een aardachtige planeet. Credit: NASA

Sterrenkundigen hebben een exoplaneet ontdekt die in precies 3,14 dagen om z’n ster draait. Hé, dat lijkt op pi (?), het getal dat de verhouding aangeeft tussen de diameter en omtrek van de cirkel. De planeet is ontdekt in de gegevens die in 2017 zijn verzameld met de Kepler ruimtetelescoop tijdens z’n K2 missie. Dit jaar kregen die waarnemingen een vervolg met SPECULOOS [1]Dat staat voor Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars., een netwerk van telescopen op aarde. Daaruit bleek dat K2-315b, zoals de planeet als catalogusnaam kreeg, in precies 3,14 dagen om z’n ster draait. K2-315b, die als bijnaam nu pi-aarde (π-aarde) heeft, is 0,95 keer zo groot als de aarde, en met een snelheid van 81 km/s draait hij om een kleine, koele dwergster, EPIC 249631677 genaamd, die vijf keer zo klein is als de zon en die 185 lichtjaar van ons vandaan staat.

credit: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle, Christine Daniloff, MIT

Door met Kepler en later SPECULOOS naar de ster te kijken zag men regelmatig dipjes in de lichtcurve van de ster, veroorzaakt doordat pi-aarde voor de ster langs schoof. Ook al is π-aarde ongeveer zo groot als de aarde en waarschijnlijk ook net zo rotsachtig, toch zal er geen leven zijn op deze planeet. Hij staat namelijk zo dicht bij z’n ster, dat het er 175 °C is, genoeg om op de planeet zonder oven ronde taarten te bakken ter ere van π-dag. Hier het vakartikel over de ontdekking van pi-aarde, verschenen in the Astronomical Journal. Bron: MIT.

References[+]

References
1 Dat staat voor Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars.

Nieuwe aardachtige exoplaneet in leefbare zone ontdekt in oude gegevens van Kepler

Een artistieke impressie van Kepler-1649c bij z’n ster. Credit: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

Door de gegevens uit te pluizen van Kepler, de ruimtetelescoop die al een poos niet meer functioneert (in 2018 officieel uitgeschakeld), hebben sterrenkundigen een nieuwe aardachtige exoplaneet ontdekt, eentje die zich bevindt in de leefbare zone, de zone waar de temperatuur precies goed is om water in vloeibare toestand te laten zijn. De nieuwe planeet heet Kepler-1649c en hij staat 300 lichtjaar van ons vandaan. Hij is 1,06 keer zo groot als de aarde en hij ontvangt van z’n moederster 75% zoveel licht als de aarde van de zon ontvangt. Die ster is een rode dwerg, een ster die erom bekend staat dat ‘ie een grillig karakter heeft, met af en toe heel felle uitbarstingen. Kepler-1649c draait in 19,5 dagen om de ster.

Een vergelijking tussen de aarde en Kepler-1649c. Nagenoeg even groot dus. Credit: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

Eerder was al een andere exoplaneet bij de ster ontdekt, Kepler-1649b, die twee keer zo dicht bij de ster staat als Kepler-1649c. Beide planeten hebben een baan die in resonantie met elkaar is, een unieke 9:4 verhouding van de omlooptijden. Die vreemde verhouding duidt mogelijk op nog een derde planeet, precies tussen de twee bekende planeten in, eentje die nog niet gevonden is. In het vakblad The Astrophysical Journal Letters verscheen dit artikel over de ontdekking van de planeet. Door de archieven van Kepler verder door te spitten hopen de sterrenkundigen nog meer exoplaneten te ontdekken.

Bron: NASA/JPL.

Kepler heeft een uitbarsting waargenomen van een vampier dwergsysteem

Voorstelling van een witte dwerg, die materie aantrekt van een bruine dwerg. Credits: NASA and L. Hustak (STScI)

De Kepler ruimtetelescoop van de NASA is al een poos niet meer in gebruik, maar nog steeds leveren de met Kepler gedane waarnemingen verrassende resultaten op. Zo blijkt nu dat Kepler een uitbarsting heeft geregistreerd van een zogeheten WZ Sagittae-type cataclysmische veranderlijke, da’s een systeem bestaande uit een witte dwerg en een bruine dwerg. Je kunt het een soort van dwerg nova noemen, want op de dag van de uitbarsting werd de witte dwerg maar liefst 1600 keer zo helder als daarvoor, waarna de helderheid langzaam weer afnam. Bron van deze ‘WZ Sge-type dwarf nova‘ is zoals gezegd een witte dwerg, waar een bruine dwerg omheen draait, een dwergsysteem dat KSN:BS-C11a heet. Dat doet die bruine dwerg in 83 minuten en de afstand tussen de twee dwergen is 400.000 km (da’s pakweg de afstand aarde-maan – stel je voor dat de maan dat in 83 minuten doet!). De witte dwerg was ooit een op de zon lijkende ster, maar is nu in z’n nadagen en gekrompen tot de omvang van de aarde. Een bruine dwerg is een mislukte ster, met een massa tussen 10 en 80 Jupitermassa’s te licht om te komen tot kernfusie in z’n kern. Van die bruine dwerg stroomt continu materie naar de witte dwerg en dat komt daar in een accretieschijf bij elkaar, zoals je mooi in de illustratie hierboven kunt zien. Die accretieschijf groeit maar door, totdat een kritisch punt wordt bereikt waarbij de schijf thermisch instabiel wordt door zwaartekrachtsresonantie van de om de witte dwerg draaiende bruine dwerg. In korte tijd steeg de temperatuur van de schijf toen van 2.700–5.300° C  naar 9.700–11.700° C en toen explodeerde de witte dwerg als nova – hieronder de waargenomen lichtcurve.

De met Kepler waargenomen lichtcurve van KSN:BS-C11a. Credit: Ridden-Harper et al, https://keplerscience.arc.nasa.gov/data/KepSciConV/KeplerSciConV-Tues-pm-Ridden-Harper.pdf

Dergelijke WZ Sge-type dwergsystemen zijn zeldzaam, er zijn er zo’n 100 bekend. Tussen de uitbarstingen kan vele jaren zitten, dus dat Kepler deze uitbarsting zag is uitzonderlijk. In de uitgave van 21 oktober 2019 schreven de onderzoekers er in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society een artikel over. Bron: NASA.

Voor het eerst is water ontdekt op een exoplaneet in de leefbare zone van z’n ster

Artistieke impressie van de exoplaneet K2-18b. Credit: Alex Boersma.

Sterrenkundigen hebben sinds de ontdekking van de eerste exoplaneet in 1995 al ruim 4000 planeten bij andere sterren ontdekt. Van dat enorme aantal bevindt zich een deel in de zogeheten leefbare zone van de moederster, de zone waar de temperatuur hoog genoeg is voor vloeibaar water. En nu is dan ook eindelijk een exoplaneet ontdekt in de leefbare zone waar ook daadwerkelijk water is gevonden, in ieder geval waterdamp en mogelijk zelfs vloeibaar water. Het gaat om de rotsachtige exoplaneet K2-18b in het sterrenbeeld Leeuw, die negen keer zo zwaar als de aarde is en die draait om een dwergster van spectraaltype M, op 111 lichtjaar afstand van de aarde. Hij draait daar met nog een andere ‘superaarde’ om de rode dwergster heen. K2-18b staat dichterbij de ster dan de aarde tot de zon, maar omdat de ster K2-18 koeler is dan de zon ontvangt de planeet ongeveer net zoveel energie als de aarde van de zon (zie de vergelijking hieronder).

Credit: B. Benneke et al.

Met de Hubble ruimtetelescoop werden acht transities van de planeet voor de ster langs waargenomen – de in 2015 ontdekte planeet draait eens per 33 dagen om de ster – en dankzij die waarnemingen konden Björn Benneke en z’n team van de Universiteit van Montreal vaststellen dat er waterdamp in de atmosfeer van K2-18b voorkomt – in de grafiek hieronder te zien bij 1,4 micrometer. Mogelijk komen er zelfs oceanen van vloeibaar water op K2-18b voor.

Credit: B. Benneke et al.

De planeet lijkt zoveel op de aarde, dat ‘ie mogelijk zelfs een zelfde waterkringloop heeft als op de aarde voorkomt. Ondanks de aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer van K2-18b denken de sterrenkundigen niet dat er leven voorkomt op de planeet en dat komt door de dikte van de atmosfeer, bestaande uit waterstof en helium, welke ongunstig zou zijn voor leven. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan K2-18b, gepubliceerd in Nature Astronomy. Bron: Universiteit van Montreal.

Sterrenkundigen hebben weer een look-a-like van Tabby’s Ster ontdekt, HD 139139

Impressie van de Kepler ruimtetelescoop. Credit: NASA and JPL-Caltech

Vorig jaar hadden we al een ster wiens lichtdips lijken op die van de beroemde Tabby’s Ster (a.k.a. Boyajian’s Star / KIC 8462852), dat was VVV-WIT-07, en nu is daar opnieuw zo’n look-a-like van Tabby’s Ster: HD 139139. Deze ster van spectraalklasse G (net als de zon), die ook wel bekend is als EPIC 249706694, staat op 350 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Slang en waarnemingen met de (inmiddels uitgeschakelde) Kepler ruimtetelescoop, gedaan tijdens z’n K2 missie, laten zien dat de ster, die feitelijk deel uitmaakt van een dubbelstersysteem, onverklaarbare dips in z’n lichtsterkte heeft. Andrew Vanderburg (University of Texas in Austin, VS) en z’n team doken in de gegevens van Kepler en daaruit kwam naar voren dat gedurende een waarneemperiode van 87 dagen in de lichtcurve van HD 139139 maar liefst 28 dips voorkwamen, die tussen de 45 minuten en 7,5 uren duurden en die op onregelmatige tijden voorkwamen (zie de afbeelding hieronder).

De lichtcurve van EPIC 249706694/HD 139139. Credit: S. Rappaport

In eerste instantie werd gedacht aan instrumentele fouten, maar nadere analyse laat zien dat de dips echt zijn. Het zou kunnen dat er ergens tussen de 14 en 28 exoplaneten rondom HD 139139 draaien, en al de lichtdips zouden dan veroorzaakt zouden worden door exoplaneten die net iets groter dan de aarde zijn, maar dat lijkt erg onwaarschijnlijk. Het zou ook kunnen dat HD 139139 omgeven is door een gordel van uiteengevallen planetoïden, maar die zouden dan toevallig allemaal puinwolken van dezelfde grootte en dichtheid moeten uitstoten en ook dat lijkt niet waatschijnlijk. Laatste verklaring is dat enorme zonnevlekken op de ster zelf de oorzaak zijn, maar ook dat lijkt niet waarschijlijk, want zulke vlekken verschijnen en verdwijnen niet op tijdschalen van enkele uren. Kortom, wat blijft er over als verklaring? Een Dyson sfeer van een Kardashev type II wellicht?

Voorstelling van een Dyson sfeer rondom een ster (Credit: Daniëlle Futselaar).

Hier het vakartikel over de waarnemingen aan HD 139139. Bron: Scientific American.

18 exoplaneten ontdekt ter grootte van de Aarde met nieuw algoritme uit oude Kepler data

Een team Duitse astronomen van het Max Planck Instituut heeft recentelijk 18 nieuwe exoplaneten ontdekt. Dit deden ze aan de hand van oude data verzameld door de Kepler telescoop. Deze 18 exoplaneten komen boven op de ruim 4058 eerdere ontdekte exoplaneten maar het bijzondere aan dit achttiental is dat ze allemaal ruwweg de afmeting van de aarde hebben. Dit in tegenstelling tot de duizenden anderen waarvan de omvang gemiddeld die van de ijsgigant Neptunus hebben. De ontdekking met gebruik van deze wat oudere data heeft men kunnen doen door toepassing van een nieuw en gevoeliger algoritme. Wetenschappers zijn er opgetogen over, daar deze qua afmeting aardachtige planeten een stuk lastiger te detecteren zijn dan hun veel grotere tegenhangers.

Lees verder