Nieuw onderzoek, dat deze week is gepubliceerd, maakt gebruik van gegevens die zijn verzameld door ESA's Gaia-ruimtevaartuig om het bestaan van twee mysterieuze hemellichamen te bevestigen. Gaia-4b is een ‘Super-Jupiter’ exoplaneet en Gaia-5b een bruine dwerg. Deze massieve objecten draaien onverwachts rond sterren met een lage massa. Gaia-4b is een planeet die rond de voorheen onopvallende ster Gaia-4 draait, op ongeveer 244 lichtjaar afstand. Gaia-5b draait om de ster Gaia-5, die 134 lichtjaar van de aarde verwijderd is. Deze twee nieuw ontdekte objecten bevinden zich vlakbij, in onze eigen galactische omgeving. Hun bestaan daagt de huidige theorieën over planeetvorming uit en Gaia's voortdurende missie zal waardevolle gegevens opleveren om ons te helpen deze intrigerende objecten te begrijpen.
"Gaia-4b is ongeveer twaalf keer zwaarder dan Jupiter. Met een omlooptijd van 570 dagen is het een relatief koude gasreuzenplaneet," legt eerste auteur Guðmundur Stefánsson van de Universiteit van Amsterdam uit. “Met een massa van ongeveer 21 Jupiters is Gaia-5b een bruine dwerg, massiever dan een planeet maar te licht om kernfusie in stand te houden om een ster te zijn,” voegt Guðmundur toe.
Van 'wiebelen' naar nieuwe werelden
Sinds de lancering in 2013 heeft ESA's Gaia-ruimtevaartuig de grootste, meest nauwkeurige driedimensionale kaart van ons sterrenstelsel gemaakt. Het draait langzaam rond en scant de hemel met twee optische telescopen, waarbij het herhaaldelijk de posities van twee miljard objecten met ongekende precisie vastlegt, tot het einde van de wetenschappelijke observaties op 15 januari 2025. Omdat Gaia de beweging van sterren nauwkeurig volgt, en techniek die bekend staat als astrometrie, wordt verwacht dat de gegevens duizenden nieuwe objecten zullen ontdekken. Een planeet in een baan rond een ster creëert een kleine ‘aantrekkingskracht’ waardoor de ster rond zijn massamiddelpunt ‘wiebelt’ en in een kurkentrekkerachtige beweging langs de hemel beweegt. De makkelijkst te ontdekken objecten met astrometrie zijn massief en draaien ver weg rond hun moederster. Eerder werd het bestaan van een paar massieve bruine dwergen bevestigd door andere telescopen die hun zwakke gloed waarnamen naast heldere sterren waarvoor Gaia zo'n wiebel had gedetecteerd.
Dit in tegenstelling tot de transitmethode, waarbij planeten worden gedetecteerd als ze voor hun ster langs bewegen en waarbij de kans het grootst is dat planeten in een nauwe baan om de ster worden gevonden. En hoewel het detecteren van een wiebel suggereert dat een ster een planeet zou kunnen hebben, zijn er ook andere mogelijke oorzaken (zoals binaire stersystemen), dus astrometrische ontdekkingen moeten worden bevestigd met andere methoden. “Gaia was deze sterren herhaaldelijk aan het scannen en bouwde in de loop van de tijd een steeds gedetailleerder beeld op,” zegt Guðmundur. "In 2022 bevatte Gaia Data Release 3 een lijst van sterren die lijken te bewegen alsof ze worden voortgetrokken door een exoplaneet. Met behulp van spectroscopische gegevens vanaf de grond en de radiale snelheidstechniek om deze sterren te onderzoeken, hebben we onze eerste planeet en onze eerste bruine dwerg bevestigd." Door astrometrische gegevens en radiale snelheid te combineren, kunnen astronomen alle details van de baan en de massa van het object vinden, wat een unieke mogelijkheid biedt om driedimensionale visualisaties te maken.
"Ongeveer 75% van de sterren in de Melkweg zijn lage-massa sterren, met massa's tussen ongeveer 10% en 60-65% van de massa van de zon. Omdat ze zo talrijk zijn, zijn het ook onze dichtstbijzijnde buursterren," legt Guðmundur uit. “Het is bekend dat massieve planeten rond sterren met een lage massa relatief zeldzaam zijn, maar als ze voorkomen, veroorzaken ze een grotere wobble en dus een sterkere astrometrische signatuur die gemakkelijker te detecteren is.”
Schatkamer voor planetenjagers
Terwijl een eerdere exoplaneet werd gevonden door de Gaia- en Hipparcos-missies samen, werd de aanwezigheid van Gaia-4b onthuld door Gaia-gegevens alleen. Wanneer de volgende reeks Gaia-gegevens in 2026 wordt vrijgegeven, zal deze 5,5 jaar aan missiegegevens bevatten die honderden, zo niet duizenden, planeten en bruine dwergen rond nabije sterren aan het licht kunnen brengen. Dat zal ons nieuwe inzichten geven in hoe deze verschillende objecten ontstaan en Gaia maakt de weg vrij voor een nieuw tijdperk van astrometrische ontdekkingen, die leiden tot een beter begrip van de diverse planetenstelsels die ons sterrenstelsel bevolken.
ESA-onderzoeker Matthew Standing is expert op het gebied van exoplaneten. “Deze ontdekking is een spannend topje van de ijsberg voor de exoplaneetontdekkingen die we in de toekomst van Gaia kunnen verwachten,” legt hij uit. “De ontdekking van Gaia-4b is een belangrijke doorbraak in het gebruik van Gaia-astrometrie voor de detectie van exoplaneten, als aanvulling op de andere methoden voor de detectie van exoplaneten die worden gebruikt door ESA's Cheops en de aankomende Plato-missie.” "Gaia heeft al eerder de verklikkerlichten van bekende exoplaneten gezien, maar deze keer onthulde Gaia een geheel nieuwe buitenaardse wereld," zegt Johannes Sahlmann, Gaia Project Scientist bij ESA. "De ontdekking van Gaia-4b laat zien hoe Gaia's gedetailleerde metingen gevestigde technieken voor het ontdekken van exoplaneten aanvullen en nieuwe mogelijkheden bieden voor onderzoek naar exoplaneten. De aanstaande publicatie van de vierde Gaia-gegevens zal een schatkamer zijn voor planetenjagers."
Bron: ESA
