Illustratie van de kunstenaar van de rotsachtige planeet rond de M-dwerg Gliese 876. Image credit: NSF. Klik om te vergroten.
In de landrush die bekend staat als de jacht op buitenaardse planeten, wordt het meest gewaardeerde onroerend goed geadverteerd als 'aardachtig'. Op maandag 13 juni raceten wetenschappers om hun vlag te planten op een brandend stuk rots in een baan rond een rode ster.
Deze nieuw ontdekte planeet is ongeveer zeven keer de massa van de aarde en daarom de kleinste extrasolaire planeet die rond een hoofdreeks of 'dwerg'-ster draait (sterren, zoals onze zon, die waterstof verbranden).
Er zijn zelfs nog kleinere planeten bekend buiten ons zonnestelsel, maar ze hebben het ongeluk pulsars te omcirkelen, die snel draaiende kafjes van stervende sterren. Van dergelijke planeten wordt niet gedacht dat ze op afstand bewoonbaar zijn vanwege de intense straling die door pulsars wordt uitgezonden.
Planeten van tien aardmassa's of minder worden als rotsachtig beschouwd, terwijl meer massieve planeten waarschijnlijk gasvormig zijn, omdat ze door hun grotere zwaartekracht meer gas verzamelen en vasthouden tijdens planetaire vorming. Tot nu toe zijn er 155 extrasolaire planeten gevonden, maar de meeste hebben massa's die meer vergelijkbaar zijn met gasvormige Jupiter dan met rotsachtige aarde (Jupiter is 318 keer de massa van de aarde).
Hoewel deze nieuwe planeet wordt geadverteerd als aarde-achtig vanwege zijn relatief lage massa, zouden aardbewoners daar niet snel een huis willen huren. Om te beginnen zou het huis smelten. De geschatte oppervlaktetemperaturen voor deze planeet - 200 tot 400 graden Celsius (400 tot 750 graden Fahrenheit) - zijn te wijten aan de kussende afstand van de ster tot de planeet.
De planeet verblijft slechts 0,021 AU van de ster Gliese 876 (1 AU is de afstand tussen de aarde en de zon) en voltooit een baan in minder dan twee aardse dagen. De planeet die het dichtst bij de zon staat in ons eigen zonnestelsel - gloeiend hete Mercurius - is bijna 20 keer verder weg, in een baan rond ongeveer 0,4 AU.
"Omdat de planeet zich in een tweedaagse baan bevindt, wordt hij verwarmd tot ovenachtige temperaturen, dus we verwachten geen leven", zegt wetenschapsteamlid Paul Butler van de Carnegie Institution of Washington.
In ons zonnestelsel is de bewoonbare zone - het gematigde gebied waar water als vloeistof op het oppervlak van een planeet zou kunnen bestaan - ongeveer 0,95 tot 1,37 AU, of tussen de banen van Venus en Mars. De ster Gliese 876 is ongeveer 600 keer minder lichtgevend dan onze zon, dus de voorgestelde bewoonbare zone is veel dichterbij, ongeveer tussen 0,06 en 0,22 AU.
Op 0,021 AU staat de nieuwe planeet te dicht bij de ster om in de bewoonbare zone te zijn en wordt hij ook blootgesteld aan grotere hoeveelheden hoogenergetische straling zoals ultraviolet licht en röntgenstralen. Terwijl rode dwergen zoals Gliese 876 lagere niveaus van UV uitstralen dan sterren zoals onze zon, zenden ze wel gewelddadige röntgenflitsen uit.
Een andere complicatie van zo'n nauwe baan is dat de planeet misschien netjes op slot zit, met dezelfde kant van de planeet altijd naar de ster gericht. Tenzij er een substantiële atmosfeer is om warmte te verspreiden, zal de ene kant van de planeet te gaar zijn terwijl de andere kant koud blijft.
Gliese 876 wordt verondersteld ongeveer 11 miljard jaar oud te zijn, waardoor het meer dan twee keer zo oud is als onze zon. Maar in zekere zin is Gliese een tiener voor de volwassene van onze zon van middelbare leeftijd. G-klasse sterren zoals onze zon leven ongeveer 10 miljard jaar, terwijl men denkt dat rode dwergen uit de M-klasse 100 miljard jaar leven (ouder dan de leeftijd van het universum!).
Geoff Marcy, lid van het wetenschapsteam van de University of California, Berkeley, zegt dat M-sterren er lang over doen om af te koelen en te krimpen tot hun hoofdvolgordegrootte en helderheid. Hij zegt dat als de planeet naar binnen zou migreren naar haar huidige gesloten baan, ze waarschijnlijk de eerste paar miljoen jaar deze beweging zou hebben gemaakt en daarna honderden miljoenen jaren lang veel meer aan straling was blootgesteld dan nu.
Gliese 876 wordt verondersteld metaalarm te zijn (voor een astronoom wordt elk element zwaarder dan waterstof en helium geclassificeerd als een "metaal"). De vorming van planeten kan verband houden met de metalliciteit van de ster, aangezien zowel de ster als de planeten van hetzelfde originele materiaal zijn. Dus een rotsachtige planeet zoals de aarde, gemaakt van elementen zoals silicaten en ijzer, zal naar verwachting om een ster draaien die metaalrijk is.
Ondanks dat het metaalarm is, is Gliese 876 een systeem met meerdere planeten. Het is bekend dat twee gasreuzenplaneten in een baan om Gliese 876 draaien: de buitenste planeet is bijna tweemaal de massa van Jupiter en draait om 0,21 AU; de middelste planeet is ongeveer de helft van de massa van Jupiter, in een baan om 0,13 AU.
'Het hele planetaire systeem is een soort miniatuur van ons zonnestelsel', zegt Marcy. "De ster is klein, de banen zijn klein, en dichterbij is de kleinste, net zoals de architectuur in ons eigen zonnestelsel is, met de kleinste planeten in een baan om de reuzen."
We hebben veel meer bewegingsruimte in ons zonnestelsel. Mercurius is verder van de zon verwijderd dan de afstanden van al deze planeten bij elkaar. De planeten in het Gliese 876-systeem liggen zo dicht bij elkaar dat ze door zwaartekracht met elkaar in wisselwerking staan. Dit soort zwaartekracht-touwtrekken was hoe de wetenschappers in de eerste plaats de planeten konden detecteren.
In de loop van een baan zullen planeten van verschillende kanten zwaartekracht aan hun ster trekken. Wetenschappers meten de resulterende verschuiving in sterlicht om het bestaan van planeten te bepalen.
Om meer te weten te komen over de kleinste planeet van Gliese 876, zouden wetenschappers een andere planeetjachttechniek moeten gebruiken, de zogenaamde transitfotometrie. Deze methode bekijkt hoe het licht van een ster lijkt te dalen wanneer een planeet vanuit ons gezichtsveld voor de ster langs komt. Door de verduistering van de baan om de planeet kunnen astronomen de massa en straal van die planeet bepalen. Door die cijfers vast te pinnen, wordt de dichtheid van de planeet aangegeven, wat vervolgens suggereert waaruit de planeet is gemaakt en of de planeet rotsachtig of gasvormig is.
Transitfotometrie kan echter niet worden gebruikt om ons iets te vertellen over planeten die om Gliese 876 draaien, omdat het systeem vanuit ons oogpunt 50 graden helt. Deze hoek betekent dat de planeten niets van het sterrenlicht dat de aarde bereikt, zullen blokkeren.
Rode dwergen zijn het meest voorkomende type ster in ons sterrenstelsel, dat ongeveer 70 procent van alle sterren omvat. Maar van de 150 rode dwergen die ze in de loop der jaren hebben bestudeerd, hebben Marcy en Butler slechts planeten gevonden die om twee van hen cirkelen. Omdat de meeste tot nu toe gevonden planeten gasreuzen zijn, zou dit kunnen betekenen dat rode dwergen minder geneigd zijn om dit soort werelden te herbergen.
Marcy zegt dat ze Gliese 876 zullen blijven volgen op hints van een vierde of vijfde planeet. "Dit wordt vanaf nu zeker een van onze favoriete sterren."
Een race naar de finish
Het onderzoeksartikel dat deze ontdekking beschrijft, is ingediend bij het Astrophysical Journal. De wetenschappers zeggen dat ze een gunstig voorlopig referentenrapport hebben ontvangen en dat ze verwachten dat hun paper binnen enkele maanden zal worden geaccepteerd en vervolgens zal worden gepubliceerd. Tijdens de persconferentie van maandag werd aan de wetenschappers gevraagd waarom ze besloten om hun bevindingen nu bekend te maken, voordat de krant was geaccepteerd voor publicatie. Is het gedaan om andere planeetjagers te verslaan die hen misschien op de hielen zitten?
Marcy antwoordde dat ze wilden voorkomen dat nieuws over hun ontdekking naar buiten zou lekken. "We wisten er drie jaar geleden van, we hebben het rustig, zorgvuldig gevolgd, het geheim bewakend terwijl we dubbel en drievoudig controleerden. Ongeveer een maand geleden sprak ik hier met Michael Turner, mensen van NSF (National Science Foundation), en gezamenlijk besloten we dat deze ontdekking zo buitengewoon was, misschien wat je een mijlpaal in de planetaire wetenschap zou noemen, dat het moeilijk voor te stellen was om het deksel hierop heel veel langer. Dus besloten we dat, in plaats van het naar de nieuwsmedia te laten uitlekken en rond te dribbelen, met één krant er al vroeg over hoorde, het beter zou zijn om dit snel aan te kondigen. ”
Marcy kwam vervolgens in een verdediging voor waarom hij geloofde dat hun bevinding correct was, en hij werd snel gesteund door zijn teamgenoten. De juistheid van hun bevinding was echter niet in twijfel getrokken. Misschien is hun vroege aankondiging, gecombineerd met de behoefte aan geheimhouding vooraf, een bewijs van de intense concurrentie die sinds het begin de jacht op de planeet heeft gekenmerkt.
De eerste ontdekking van de buitenzool werd aangekondigd op 5 oktober 1995 door Michel Mayor en Didier Queloz van de Sterrenwacht van Genève, en Marcy en Butler bevestigden de waarnemingen de week erop. Een recent voorbeeld van de wedstrijd om andere primeurs van de buitenzool te grijpen, vond afgelopen zomer plaats, toen burgemeester, Nuno Santos en collega's op 25 augustus 2004 de ontdekking aankondigden van de eerste extrasolaire Neptunus-massa-planeet - destijds de kleinste extrasolar planeet waarvan bekend is dat ze rond een zonachtige ster draait. Deze aankondiging kwam minder dan een week voordat Marcy en Butler twee andere ontdekkingen van de Neptunus-massaplaneet aankondigden.
Burgemeester en zijn collega's hebben ook Gliese 876 bestudeerd. Tijdens een astronomieconferentie in juni 1998 kondigden burgemeester en Marcy elk onafhankelijk de detectie aan van de massievere gasreus die om deze ster draait. Marcy en Butler volgden als eerste deze bevinding op en kondigden de ontdekking aan van de tweede gasreuzenplaneet van de ster in 2001.
De Kepler-missie, die in juni 2008 wordt gelanceerd, zal zoeken naar terrestrische planeten die in een baan om verre sterren draaien. De missie definieert een planeet ter grootte van een aarde tussen 0,5 en 2,0 massa van de aarde, of tussen 0,8 en 1,3 diameter van de aarde. Planeten tussen 2 en 10 aardmassa's, zoals de planeet die maandag is aangekondigd, worden gedefinieerd als grote terrestrische planeten.
Oorspronkelijke bron: NASA Astrobiology
