De Kepler-sterrenwacht heeft een aantal interessante vondsten gedaan sinds de missie in maart 2009 begon. Alles bij elkaar hebben de Kepler- en K2-missies in totaal 5.106 planetaire kandidaten ontdekt en het bestaan van 2.493 planeten bevestigd.
Een van de laatste vondsten die met Kepler zijn gedaan, is EPIC 228813918 b, een terrestrische (dat wil zeggen rotsachtige) planeet die om een rode dwergster draait op een afstand van 264 tot 355 lichtjaar van de aarde. Deze ontdekking roept een aantal interessante vragen op, aangezien het de tweede keer is dat een planeet met een ultrakorte omlooptijd - het voltooit een enkele baan in slechts 4 uur en 20 minuten - in een baan om een rode dwergster wordt gevonden.
De studie, die onlangs online werd gepubliceerd, werd uitgevoerd door een internationaal team van wetenschappers afkomstig van instellingen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), het California Institute of Technology (Caltech), het Tokyo Institute of Technology en het Institute van astrofysica van de Canarische Eilanden (IAC) aan observatoria en universiteiten van over de hele wereld.
Zoals het team in hun onderzoek aangaf, werd de detectie van deze exoplaneet gedaan dankzij gegevens die door talrijke instrumenten werden verzameld. Dit omvatte spectrografische gegevens van de 8,2-meter Subaru-telescoop en de 10-meter Keck I-telescoop (beide bevinden zich op Mauna Kea, Hawaii) en de Nordic Optical Telescope (NIET) bij het Roque de los Muchachos-observatorium in La Palma, Spanje.
Dit werd gecombineerd met spikkels van de 3,5 m WIYN-telescoop op het Kitt Peak National Observatory in Arizona, fotometrie van de NASA's K2-missie en archiefinformatie van de ster die meer dan 60 jaar oud is. Na het elimineren van alle andere mogelijke verklaringen - zoals een verduisterende binaire (EB) - bevestigden ze niet alleen de baanperiode van de planeet, maar zorgden ze ook voor beperkingen op de massa en grootte. Zoals ze schreven:
“Met een combinatie van archiefbeelden, AO-beeldvorming, RV-metingen en lichtcurvemodellering laten we zien dat geen plausibel verduisterend binair scenario de K2-lichtkromme kan verklaren en daarmee de planetaire aard van het systeem kan bevestigen. De planeet, waarvan we vaststellen dat de straal 0,89 ± 0,09 [aardstralen] is, en die een ijzer-massafractie groter dan 0,45 moet hebben, draait om een ster met een massa van 0,463 ± 0,052 M en een straal van 0,442 ± 0,044 R. ”
Deze omlooptijd - vier uur en 20 minuten - is de op één na kortste van alle tot nu toe ontdekte exoplaneten, die slechts 4 minuten langer is dan die van KOI 1843.03, die ook om een M-type (rode dwerg) ster draait. Het is ook de laatste in een lange reeks recent ontdekte exoplaneten die in minder dan een dag een enkele baan van hun sterren afleggen. Planeten die tot deze groep behoren, staan bekend als ultrakorte-periode (USP) -planeten, waarvan Kepler er in totaal 106 heeft gevonden.
Wat misschien wel het meest verrassend is aan deze vondst, is hoe enorm het is. Hoewel ze de massa van de planeet niet rechtstreeks hebben gemeten, geven hun beperkingen aan dat de exoplaneet een bovengrens van 0,7 Jupiter heeft - wat neerkomt op meer dan 222 aardmassa's. En toch slaagt de planeet erin deze gasreusachtige massa in een straal te stoppen die 0,80 tot 0,98 keer die van de aarde is.
De reden hiervoor, zo geven ze aan, heeft te maken met de schijnbare samenstelling van de planeet, die bijzonder metaalrijk is:
“Dit leidt tot een beperking van de compositie, uitgaande van een ijzeren kern en een silicaatmantel. We bepalen dat de minimale ijzer-massafractie 0,525 ± 0,075 is (zie 0,7 voor KOI 1843,03), wat groter is dan die van de aarde, Venus of Mars, maar kleiner dan die van Mercurius (ongeveer 0,38, 0,35, 0,26 en 0,68, respectievelijk; Reynolds & Summers 1969). "
Uiteindelijk is de ontdekking van deze planeet om een aantal redenen belangrijk. Aan de ene kant gaf het team aan dat de beperkingen die hun onderzoek op de samenstelling van de planeet oplegde, nuttig zouden kunnen zijn om te helpen begrijpen hoe onze eigen zonneplaneten zijn ontstaan.
"Het ontdekken en karakteriseren van extreme systemen, zoals USP-planeten zoals EPIC 228813918 b, is belangrijk omdat ze beperkingen opleggen voor theorieën over planeetvorming", concluderen ze. "Bovendien stellen ze ons in staat hun innerlijke structuur te gaan beperken - en mogelijk ook die van planeten voor langere tijd, als wordt aangetoond dat ze een enkele populatie objecten zijn."
Aan de andere kant roept de studie enkele interessante vragen op over USP-planeten - bijvoorbeeld waarom de twee kortste-planeten beide werden aangetroffen in een baan rond rode dwergsterren. Een mogelijke verklaring is volgens hen dat planeten met een korte periode een langere levensduur zouden kunnen hebben rond M-dwergen, aangezien hun orbitale verval waarschijnlijk veel langzamer zou zijn. Ze waarschuwen echter snel voor het maken van voorlopige conclusies voordat er meer onderzoek wordt gedaan.
In de toekomst hoopt het team metingen van de massa van de planeet uit te voeren met behulp van de radiale snelheidsmethode. Dit zou waarschijnlijk een spectrograaf van de volgende generatie met hoge resolutie inhouden, zoals het Infrared Doppler (IFD) -instrument of het CARMENES-instrument - dat momenteel wordt gebouwd voor de Subaru-telescoop en het Calar Alto-observatorium (respectievelijk) om te helpen bij de jacht op exoplaneten rond rode dwergsterren.
Een ding is echter duidelijk. Deze laatste vondst is slechts een andere aanwijzing dat rode dwergsterren de plaats zijn waar exoplaneetjagers hun inspanningen de komende jaren en decennia op zullen moeten richten. Deze lage massa, ultra-coole en lage-helderheid sterren zijn waar enkele van de meest interessante en extreme vondsten worden gedaan. En wat we zullen leren door ze te bestuderen, belooft zeer diepgaand te zijn!
