In de jacht op planeten buiten de zon kunnen astronomen en enthousiastelingen worden vergeven dat ze een beetje optimistisch zijn. Is het in de loop van het ontdekken van duizenden rotsachtige planeten, gasreuzen en andere hemellichamen te veel om te hopen dat we ooit een echte aarde-analoog zullen vinden? Niet alleen een "aarde-achtige" planeet (wat een rotsachtig lichaam van vergelijkbare grootte impliceert) maar een echte aarde 2.0?
Dit is zeker een van de doelen geweest van exoplanetenjagers, die nabijgelegen sterrenstelsels zoeken naar planeten die niet alleen rotsachtig zijn, maar in een baan rond de bewoonbare zone van hun ster, tekenen van een atmosfeer vertonen en water op hun oppervlak hebben. Maar volgens een nieuwe studie van Alexey G. Butkevich - een astrofysicus van het Pulkovo-observatorium in St. Petersburg, Rusland - kunnen onze pogingen om Earth 2.0 te ontdekken door de aarde zelf worden belemmerd!
Butkevich's studie, getiteld "Astrometric Exoplanet Detectability and the Earth Orbital Motion", werd onlangs gepubliceerd in de Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. Omwille van zijn studie onderzocht Dr. Butkevich hoe veranderingen in de eigen orbitale positie van de aarde het moeilijker zouden kunnen maken om metingen te doen van de beweging van een ster rond het zwaartepunt van zijn systeem.
Deze methode van exoplaneetdetectie, waarbij de beweging van een ster rond het zwaartepunt van het zonnestelsel (barycenter) bekend staat als de astrometische methode. In wezen proberen astronomen te bepalen of de aanwezigheid van zwaartekrachtvelden rond een ster (d.w.z. planeten) ervoor zorgt dat de ster heen en weer wiebelt. Dit geldt zeker voor het zonnestelsel, waar onze zon heen en weer wordt getrokken rond een gemeenschappelijk centrum door de aantrekkingskracht van al zijn planeten.
In het verleden is deze techniek gebruikt om dubbelsterren met een hoge mate van precisie te identificeren. In de afgelopen decennia werd het beschouwd als een levensvatbare methode voor exoplaneetjacht. Dit is geen gemakkelijke taak, aangezien de wiebels vrij moeilijk te detecteren zijn op de betrokken afstanden. En tot voor kort lag het nauwkeurigheidsniveau dat nodig was om deze verschuivingen te detecteren op het uiterste van de instrumentgevoeligheid.
Dit verandert snel dankzij verbeterde instrumenten die een nauwkeurigheid tot op de microarcseconde mogelijk maken. Een goed voorbeeld hiervan is het Gaia-ruimtevaartuig van ESA, dat in 2013 werd ingezet om de relatieve bewegingen van miljarden sterren in ons sterrenstelsel te catalogiseren en te meten. Gezien het feit dat het metingen kan uitvoeren op 10 microarcseconden, wordt aangenomen dat deze missie astrometrische metingen zou kunnen uitvoeren omwille van het vinden van exoplaneten.
Maar zoals Butkevich uitlegde, zijn er andere problemen als het gaat om deze methode. "Het standaard astrometrische model is gebaseerd op de aanname dat sterren uniform bewegen ten opzichte van het zonnestelsel", zegt hij. Maar zoals hij verder uitlegt, is er bij het onderzoeken van de effecten van de omloopbeweging van de aarde op astrometrische detectie een correlatie tussen de baan van de aarde en de positie van een ster ten opzichte van zijn systeembarycenter.
Om het anders te zeggen: Dr. Butkevich onderzocht of de beweging van onze planeet rond de zon en de beweging van de zon rond het massamiddelpunt een annulerend effect zou kunnen hebben op parallaxmetingen van andere sterren. Dit zou effectief alle metingen van de beweging van een ster doen, ontworpen om te zien of er planeten rond de ster waren, effectief nutteloos. Of zoals Dr. Butkevich in zijn studie zei:
“Het is duidelijk uit eenvoudige geometrische overwegingen dat in dergelijke systemen de orbitale beweging van de gastster, onder bepaalde omstandigheden, observerend dicht bij het parallactische effect kan zijn of er zelfs niet van te onderscheiden is. Het betekent dat de baanbeweging gedeeltelijk of volledig kan worden geabsorbeerd door de parallaxparameters. ”
Dit zou met name het geval zijn bij systemen waar de baanperiode van een planeet een jaar was en die een baan had die hem dicht bij de ecliptica van de zon plaatste - d.w.z. als de eigen baan van de aarde! Dus in feite zouden astronomen Earth 2.0 niet kunnen detecteren met behulp van astrometrische metingen, omdat de eigen baan van de aarde en de eigen beweging van de zon de detectie bijna onmogelijk zouden maken.
Zoals Dr. Butkevich in zijn conclusies zegt:
“We presenteren een analyse van de effecten van de aardbaanbeweging op de astrometrische detecteerbaarheid van exoplanetaire systemen. We hebben aangetoond dat, als de periode van een planeet bijna een jaar is en het baanvlak bijna evenwijdig is aan de ecliptica, de baanbeweging van de gastheer geheel of gedeeltelijk kan worden geabsorbeerd door de parallaxparameter. Als er volledige absorptie plaatsvindt, is de planeet astrometrisch niet waarneembaar. '
Gelukkig hebben exoplaneetjagers een groot aantal andere methoden waaruit ze kunnen kiezen, waaronder directe en indirecte metingen. En als het gaat om het spotten van planeten rond naburige sterren, zijn twee van de meest effectieve het meten van Doppler-verschuivingen in sterren (ook bekend als de Radial Velocity-methode) en daalt in de helderheid van een ster (ook bekend als de Transit-methode).
Desalniettemin hebben deze methoden hun eigen nadelen en het kennen van hun beperkingen is de eerste stap om ze te verfijnen. In dat opzicht heeft de studie van Dr. Butkevich echo's van heliocentrisme en relativiteit, waarbij we eraan worden herinnerd dat ons eigen referentiepunt niet in de ruimte is vastgelegd en onze waarnemingen kan beïnvloeden.
De jacht op exoplaneten zal naar verwachting ook veel baat hebben bij de inzet van instrumenten van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en andere.
