Afbeelding tegoed: NASA
Een team van astronomen heeft een groep planeten gewogen door een pulsar te draaien door hun banen nauwkeurig te meten. Het ongebruikelijke is dat de afstand tussen de planeten bijna exact overeenkomt met de afstand tussen Mercurius, Venus en de aarde, waardoor dit bizarre systeem het meest lijkt op ons eigen zonnestelsel dat tot nu toe is ontdekt. De pulsar, 1257 + 12, werd 13 jaar geleden ontdekt met de Arecibo-radiotelescoop.
Volgens een team van astronomen van het California Institute of Technology en de Pennsylvania State University zijn de planeten die om een pulsar draaien voor het eerst 'gewogen' door nauwkeurig variaties te meten in de tijd die ze nodig hebben om een baan te voltooien.
Caltech-postdoctoraal onderzoeker Maciej Konacki en professor astronomie Alex Wolszczan van de American Astronomical Society, die tijdens de zomerbijeenkomst van de American Astronomical Society verslag uitbracht, hebben vandaag aangekondigd dat massa's van twee van de drie bekende planeten in een baan rond een snel ronddraaiende pulsar op 1500 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Maagd zijn geweest succesvol gemeten. De planeten zijn 4,3 en 3,0 keer de massa van de aarde, met een fout van 5 procent.
De twee gemeten planeten bevinden zich bijna in hetzelfde baanvlak. Als de derde planeet co-planair is met de andere twee, is deze ongeveer tweemaal de massa van de maan. Deze resultaten leveren overtuigend bewijs dat de planeten geëvolueerd moeten zijn van een materieschijf rond de pulsar, op een manier die vergelijkbaar is met die voor planeten rond zonachtige sterren, zeggen de onderzoekers.
De drie pulsarplaneten, met hun banen op een bijna exacte afstand van de afstanden tussen Mercurius, Venus en de aarde, vormen een planetair systeem dat verbazingwekkend veel lijkt op het innerlijke zonnestelsel. Ze zijn duidelijk de voorlopers van alle aardachtige planeten die kunnen worden ontdekt rond nabije zonachtige sterren door de toekomstige ruimte-interferometers zoals de Space Interferometry Mission of de Terrestrial Planet Finder.
"Verrassend genoeg lijkt het planetaire systeem rond de pulsar 1257 + 12 meer op ons eigen zonnestelsel dan enig extrasolar planetair systeem dat rond een zonachtige ster is ontdekt", zei Konacki. "Dit suggereert dat planeetvorming universeler is dan verwacht."
De eerste planeten die om een andere ster dan de zon cirkelden, werden ontdekt door Wolszczan en Frail rond een oude, snel ronddraaiende neutronenster, PSR B1257 + 12, tijdens een grote zoektocht naar pulsars die in 1990 werd uitgevoerd met de gigantische Arecibo-radiotelescoop van 305 meter. Neutronensterren zijn vaak waarneembaar als radiopulsars, omdat ze zich openbaren als bronnen van zeer periodieke, pulsachtige uitbarstingen van radio-emissie. Het zijn extreem compacte en dichte resten van supernova-explosies die de dood van massieve, normale sterren markeren.
De voortreffelijke precisie van milliseconde pulsars biedt een unieke mogelijkheid om te zoeken naar planeten en zelfs grote asteroïden die in een baan om de pulsar draaien. Deze 'pulsar timing'-benadering is analoog aan het bekende Doppler-effect dat zo succesvol wordt gebruikt door optische astronomen om planeten rond nabije sterren te identificeren. In wezen veroorzaakt het baanobject een reflexbeweging naar de pulsar, waardoor de aankomsttijden van de pulsen worden verstoord. Echter, net als de Doppler-methode, is de pulsar-timingmethode gevoelig voor stellaire bewegingen langs de gezichtslijn, de pulsar-timing kan alleen variaties in de aankomsttijd van de puls detecteren die worden veroorzaakt door een pulsar-wobbel langs dezelfde lijn. Het gevolg van deze beperking is dat men alleen een projectie van de planetaire beweging op de gezichtslijn kan meten en niet de ware grootte van de baan kan bepalen.
Al snel na de ontdekking van de planeten rond PSR 1257 + 12, realiseerden astronomen zich dat de zwaardere twee op een meetbare manier zwaartekrachtsinteractie moeten ondergaan, vanwege een bijna 3: 2 evenredigheid van hun 66,5- en 98,2-daagse orbitale perioden. Aangezien de omvang en het exacte patroon van verstoringen als gevolg van deze bijna-resonantieconditie afhankelijk zijn van een onderlinge oriëntatie van planetaire banen en van planeetmassa's, kan men deze informatie in principe extraheren uit nauwkeurige timingwaarnemingen.
Wolszczan toonde de haalbaarheid van deze aanpak in 1994 aan door de aanwezigheid van het voorspelde verstoringseffect in de timing van de planeet pulsar aan te tonen. In feite was het de eerste waarneming van een dergelijk effect buiten het zonnestelsel, waarbij resonanties tussen planeten en planetaire satellieten vaak worden waargenomen. De afgelopen jaren hebben astronomen ook voorbeelden gevonden van gravitatie-interacties tussen gigantische planeten rond normale sterren.
Konacki en Wolszczan pasten de resonantie-interactie-techniek toe op de microseconde-precisie timingwaarnemingen van PSR B1257 + 12 gemaakt tussen 1990 en 2003 met de gigantische Arecibo-radiotelescoop. In een paper dat in de Astrophysical Journal Letters verschijnt, laten ze zien dat de planetaire verstoringssignatuur die in de timinggegevens kan worden gedetecteerd groot genoeg is om verrassend nauwkeurige schattingen te verkrijgen van de massa's van de twee planeten die in een baan om de pulsar draaien.
De metingen van Konacki en Wolszczan elimineren de mogelijkheid dat de pulsarplaneten veel massiever zijn, wat het geval zou zijn als hun banen meer "face-on" zouden zijn gericht ten opzichte van de lucht. In feite vertegenwoordigen deze resultaten de eerste ondubbelzinnige identificatie van planeten ter grootte van de aarde, gemaakt op basis van een protoplanetaire schijf buiten het zonnestelsel.
Wolszczan zei: "Deze bevinding en de opvallende gelijkenis van het uiterlijk van het pulsarsysteem met het innerlijke zonnestelsel vormen een belangrijke richtlijn voor het plannen van de toekomstige zoekopdrachten naar aardachtige planeten rond nabije sterren."
Oorspronkelijke bron: Caltech News Release
