Afbeelding tegoed: ESO
Een Europees team van astronomen [1] kondigt de ontdekking en studie aan van twee nieuwe buitenzonne-planeten (exoplaneten). Ze behoren tot de OGLE transit kandidaat-objecten en kunnen in detail worden gekarakteriseerd. Dit verdrievoudigt het aantal exoplaneten dat is ontdekt met de transitmethode; drie van dergelijke objecten zijn nu bekend.
De waarnemingen werden uitgevoerd in maart 2004 met de FLAMES-multivezel-spectrograaf op de 8,2 m VLT Kueyen-telescoop van de ESO Paranal Observatory (Chili). Ze stelden de astronomen in staat nauwkeurige radiale snelheden te meten voor eenenveertig sterren waarvoor een tijdelijke helderheidsdip was gedetecteerd door de OGLE-enquête. Dit effect kan de handtekening zijn van de doorvoer voor de ster van een baan om de planeet, maar kan ook worden veroorzaakt door een kleine stellaire metgezel.
Voor twee van de sterren (OGLE-TR-113 en OGLE-TR-132) toonden de gemeten snelheidsveranderingen de aanwezigheid van metgezellen van de planeetmassa in extreem korte banen.
Dit resultaat bevestigt het bestaan van een nieuwe klasse van reuzenplaneten, die door hun grootte en zeer hoge oppervlaktetemperatuur "zeer hete Jupiters" worden genoemd. Ze zijn zeer dicht bij hun gaststerren en draaien ze in minder dan 2 (aarde) dagen.
De transitiemethode voor het detecteren van exoplaneten zal op 8 juni 2004 worden 'gedemonstreerd' voor een breed publiek, wanneer de planeet Venus voorbij de zonneschijf passeert, vgl. het VT-2004 programma.
Andere werelden ontdekken
In het afgelopen decennium hebben astronomen ontdekt dat ons zonnestelsel niet uniek is, aangezien meer dan 120 gigantische planeten die om andere sterren cirkelen werden ontdekt door middel van radiale snelheidsonderzoeken (zie ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 en ESO PR 03/03).
De radiale snelheidstechniek is echter niet het enige hulpmiddel voor de detectie van exoplaneten. Wanneer een planeet toevallig voor zijn moederster passeert (gezien vanaf de aarde), blokkeert hij een klein deel van het licht van de ster uit ons zicht. Hoe groter de planeet is, relatief ten opzichte van de ster, hoe groter het deel van het licht dat wordt geblokkeerd.
Het is precies hetzelfde effect wanneer Venus op 8 juni 2004 de zonneschijf doorlaat, vgl. ESO PR 03/04 en de VT-2004-programmawebsite. In de afgelopen eeuwen werden dergelijke gebeurtenissen gebruikt om de afstand zon-aarde te schatten, met uiterst nuttige implicaties voor astrofysica en hemelmechanica.
Tegenwoordig worden planetaire transits steeds belangrijker. Verschillende onderzoeken proberen de zwakke handtekeningen van andere werelden te vinden door middel van fotometrische metingen van de ster, op zoek naar het periodiek dimmen van een ster terwijl een planeet voor zijn schijf passeert.
Een daarvan, de OGLE-enquête, was oorspronkelijk ontworpen om microlensgebeurtenissen te detecteren door de helderheid van een zeer groot aantal sterren met regelmatige tussenpozen te bewaken. De afgelopen vier jaar is er ook gezocht naar periodieke ondiepe "dips" van de helderheid van sterren, veroorzaakt door de regelmatige doorvoer van kleine baanobjecten (kleine sterren, bruine dwergen of planeten van Jupiter-formaat). Het OGLE-team heeft sindsdien 137 "kandidaten voor planetaire doorvoer" aangekondigd uit hun onderzoek van ongeveer 155.000 sterren in twee zuidelijke hemelvelden, één in de richting van het Galactisch Centrum, de andere in het sterrenbeeld Carina.
Het oplossen van de aard van de OGLE-transits
De OGLE-transitkandidaten werden gedetecteerd door de aanwezigheid van een periodieke afname van enkele procent in helderheid van de waargenomen sterren. De straal van een planeet op Jupiter-grootte is ongeveer 10 keer kleiner dan die van een zonnestelselster [2], dwz hij beslaat ongeveer 1/100 van het oppervlak van die ster en blokkeert daarom ongeveer 1% van het sterrenlicht tijdens de doorvoer.
De aanwezigheid van een transitgebeurtenis alleen onthult echter niet de aard van het transiterende lichaam. Dit komt omdat een ster met een lage massa of een bruine dwerg, evenals de variabele helderheid van een binair systeem dat de achtergrond verduistert in dezelfde richting, kan resulteren in helderheidsvariaties die de simulaties simuleren die worden geproduceerd door een omringende gigantische planeet.
De aard van het doorlatende object kan echter worden vastgesteld door waarnemingen van de radiale snelheid van de moederster. De grootte van de snelheidsvariaties (de amplitude) is direct gerelateerd aan de massa van het bijbehorende object en maakt het daarom mogelijk om onderscheid te maken tussen sterren en planeten als oorzaak van de waargenomen helderheid "dip".
Op deze manier worden fotometrische doorzoekingen en metingen van radiale snelheden gecombineerd tot een zeer krachtige techniek om nieuwe exoplaneten te detecteren. Bovendien is het bijzonder nuttig om hun kenmerken op te helderen. Terwijl de detectie van een planeet door de radiale snelheidsmethode slechts een lagere schatting van zijn massa oplevert, maakt de meting van de doorgang het mogelijk om de exacte massa, straal en dichtheid van de planeet te bepalen.
De follow-up radiale snelheid waarnemingen van de 137 OGLE transit kandidaten zijn geen gemakkelijke taak omdat de sterren relatief zwak zijn (visuele magnitudes rond 16). Dit kan alleen worden gedaan met behulp van een telescoop in de klasse 8-10 m met een spectrograaf met hoge resolutie.
De aard van de twee nieuwe exoplaneten
Een Europees team van astronomen [1] maakte daarom gebruik van de 8,2 m VLT Kueyen-telescoop. In maart 2004 volgden ze 41 OGLE "top sterren voor transitkandidaten" gedurende 8 halve nachten. Ze profiteerden van de multiplexcapaciteit van de FLAMES / UVES-glasvezelverbinding die het mogelijk maakt om spectra met een hoge resolutie van 8 objecten tegelijkertijd te verkrijgen en de stelsnelheid te meten met een nauwkeurigheid van ongeveer 50 m / s.
Terwijl de overgrote meerderheid van de OGLE-transitkandidaten dubbelsterren bleken te zijn (meestal kleine, koele sterren die voor zonnetype-sterren passeren), waren twee van de objecten, bekend als OGLE-TR-113 en OGLE-TR-132, bleek kleine snelheidsvariaties te vertonen. Toen alle beschikbare waarnemingen - lichtvariaties, het stellaire spectrum en radiale snelheidsveranderingen - werden gecombineerd, konden de astronomen vaststellen dat voor deze twee sterren de transiterende objecten massa's hebben die compatibel zijn met die van een gigantische planeet als Jupiter.
Interessant is dat beide nieuwe planeten werden ontdekt rond vrij afgelegen sterren in het Melkwegstelsel, in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Carina. Voor OGLE-TR-113 is de moederster van het F-type (iets heter en zwaarder dan de zon) en bevindt zich op een afstand van ongeveer 6000 lichtjaar. De baan om de planeet is ongeveer 35% zwaarder en de diameter is 10% groter dan die van Jupiter, de grootste planeet in het zonnestelsel. Het draait de ster eens in de 1,43 dagen op een afstand van slechts 3,4 miljoen km (0,0228 AU). In het zonnestelsel is Mercurius 17 keer verder van de zon verwijderd. De oppervlaktetemperatuur van die planeet, die net als Jupiter een gasreus is, is navenant hoger, waarschijnlijk boven de 1800? C.
De afstand tot het OGLE-TR-132-systeem is ongeveer 1200 lichtjaar. Deze planeet is ongeveer zo zwaar als Jupiter en ongeveer 15% groter (de omvang is nog steeds enigszins onzeker). Het draait om de 1,69 dagen een K-dwergster (koeler en minder zwaar dan de zon) op een afstand van 4,6 miljoen km (0,0306 AU). Ook deze planeet moet erg heet zijn.
Een nieuwe klasse exoplaneten
Met het eerder gevonden planetaire transitobject OGLE-TR-56 [3] definiëren de twee nieuwe OGLE-objecten een nieuwe klasse van exoplaneten, die nog steeds niet worden gedetecteerd door huidige radiale snelheidsonderzoeken: planeten met extreem korte perioden en dienovereenkomstig kleine banen. De verdeling van omloopperioden voor "hete Jupiters" die zijn gedetecteerd uit radiale snelheidsonderzoeken lijkt te dalen tot onder de 3 dagen, en er was voorheen geen planeet gevonden met een omlooptijd korter dan ongeveer 2,5 dagen.
Het bestaan van de drie OGLE-planeten toont nu aan dat er "zeer hete Jupiters" bestaan, ook al zijn ze vrij zeldzaam; waarschijnlijk ongeveer één zo'n object voor elke 2500 tot 7000 sterren. Astronomen zijn echt verbaasd hoe planetaire objecten in zulke kleine banen terechtkomen, zo dicht bij hun centrale sterren.
In tegenstelling tot de radiale snelheidsmethode die verantwoordelijk is voor het overgrote deel van de planeetdetecties rond normale sterren, maakt de combinatie van doorvoer- en radiale snelheidswaarnemingen het mogelijk om de ware massa, straal en dus de gemiddelde dichtheid van deze planeten te bepalen.
Grote verwachtingen
De twee nieuwe objecten verdubbelen het aantal exoplaneten met bekende massa en straal (de drie OGLE-objecten plus HD209458b, die werd gedetecteerd door de radiale snelheidsonderzoeken, maar waarvoor later een fotometrische doorgang werd waargenomen). De nieuwe informatie over de exacte massa's en radii is essentieel om de interne fysica van deze planeten te begrijpen.
De complementariteit van de technieken voor doorvoer en radiale snelheid opent nu de deur naar een gedetailleerde studie van de ware kenmerken van exoplaneten. Zoeken in de ruimte naar planetaire transits - zoals de COROT- en KEPLER-missies - samen met op de grond gebaseerde observaties van de radiale snelheid zullen in de toekomst leiden tot de karakterisering van andere werelden zo klein als onze aarde.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
