Astronomen die gebruik maken van de TRAPPIST-telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla hebben op slechts veertig lichtjaar van de aarde drie planeten ontdekt die om een ultrakoele dwergster cirkelen. Deze werelden, die qua grootte en temperatuur vergelijkbaar zijn met Venus en de aarde, zijn de beste doelwitten voor de zoektocht naar leven buiten het zonnestelsel tot nu toe. Het is voor het eerst dat er bij zo’n kleine, zwakke ster planeten zijn ontdekt. De nieuwe resultaten worden op 2 mei 2016 in het tijdschrift Nature gepubliceerd.
Een team van astronomen, onder leiding van Michaël Gillon van het Institut d’Astrophysique et Géophysique van de Universiteit van Luik, heeft de Belgische TRAPPIST-telescoop [1] ingezet om de ster 2MASS J23062928-0502285 – inmiddels omgedoopt tot TRAPPIST-1 – te onderzoeken. Daarbij is ontdekt dat deze zwakke en koele ster met regelmatige tussenpozen een beetje zwakker wordt, wat erop wijst dat er vanaf de aarde gezien verschillende objecten voor de ster langs schuiven [1]. Een nauwkeurige analyse heeft laten zien dat het gaat om drie planeten die qua grootte vergelijkbaar zijn met de aarde. TRAPPIST-1 is een ultrakoele dwergster – hij is veel koeler en roder dan de zon en nauwelijks groter dan Jupiter. Zulke sterren zijn heel talrijk in ons Melkwegstelsel en leven ook erg lang, maar het is voor het eerst dat bij een ervan planeten zijn ontdekt. Ondanks zijn nabijheid tot de aarde is de ster te zwak en te rood om waarneembaar te zijn met het blote oog of zelfs maar met een forse amateurtelescoop. Hij staat in het sterrenbeeld Waterman.
Emmanuël Jehin, een van de medeauteurs van het nieuwe onderzoek, is opgetogen: ‘Dit betekent werkelijk een fundamentele verandering in onze kijk op de populatie van planeten en onze zoektocht naar leven in het heelal. Tot nu toe was het bestaan van zulke ‘rode werelden’ rond ultrakoele dwergsterren een zuiver theoretische kwestie. Maar nu hebben we bij zo’n zwakke rode ster niet één planeet ontdekt, maar een compleet stelsel van drie planeten!’ Michaël Gillon, hoofdauteur van het artikel waarin de ontdekking wordt gepresenteerd, legt het belang van de nieuwe bevindingen uit: ‘Waarom we aardachtige planeten rond de kleinste en koelste sterren in de omgeving van de zon proberen te detecteren? Dat ligt voor de hand: met onze huidige technologie zijn stelsels rond deze kleine sterren de enige plekken waar we leven op een aardachtige exoplaneet zouden kunnen ontdekken. Dus als we leven elders in het heelal willen ontdekken, moeten we daar beginnen met zoeken.’
Astronomen zullen naar tekenen van leven gaan speuren, door te onderzoeken welk effect de atmosfeer van een voor de ster langs schuivende planeet heeft op het licht dat op de aarde aankomt. Bij de meeste sterren waarbij aardachtige planeten zijn ontdekt, wordt dit kleine effect overstraald door de helderheid van het sterlicht. Alleen bij zwakke, rode ultrakoele dwergsterren – zoals TRAPPIST-1 – is het effect groot genoeg om waarneembaar te zijn. Vervolgwaarnemingen met grotere telescopen, waaronder het HAWK-I-instrument van ESO’s 8-meter Very Large Telescope in Chili, hebben laten zien dat de planeten die om TRAPPIST-1 cirkelen qua afmetingen veel op de aarde lijken. Twee van de planeten hebben omlooptijden van respectievelijk 1,5 en 2,4 dagen. De omlooptijd van de derde planeet is minder goed bekend: die ligt tussen de 4,5 en 73 dagen.
‘Met zulke korte omlooptijden moeten de planeten zich twintig tot honderd keer zo dicht bij hun ster bevinden als de aarde bij de zon. Qua schaal lijkt de structuur van dit planetenstelsel meer op het manenstelsel van Jupiter dan op het zonnestelsel,’ legt Michaël Gillon uit. Hoewel ze zich heel dicht bij hun kleine moederster bevinden, ontvangen de twee binnenste planeten respectievelijk maar vier en twee keer zoveel straling als de aarde. Dat komt doordat hun ster veel zwakker is dan de zon. Wel bevinden de twee planeten zich dichter bij de ster dan de leefbare zone van dit stelsel, hoewel het denkbaar is dat sommige delen van hun oppervlakken toch leefbaar zijn. De omloopbaan van de buitenste planeet is nog niet goed bekend, maar deze wereld ontvangt waarschijnlijk minder straling dan de zon. Wel zou hij zich net binnen de leefbare zone kunnen bevinden.
‘Dankzij de verschillende reuzentelescopen die momenteel in aanbouw zijn, waaronder ESO’s E-ELT, en de James Webb Space Telescope van NASA, ESA en CSA die in 2018 wordt gelanceerd, zullen we binnenkort in staat zijn om de samenstelling van de atmosferen van deze planeten te onderzoeken – eerst op de aanwezigheid van water, later ook op sporen van biologische activiteit. Dat is een belangrijke stap in de zoektocht naar leven in het heelal,’ concludeert medeauteur Julien de Wit van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS. Dit onderzoek geeft een nieuwe richting aan de jacht op exoplaneten, omdat ongeveer vijftien procent van alle sterren in de omgeving van de zon ultrakoele dwergsterren zijn. Het benadrukt ook dat de zoektocht naar exoplaneten nu een stadium heeft bereikt waarin het mogelijk wordt om potentieel leefbare verwanten van de aarde op te sporen. De TRAPPIST-survey is een voorbode van een ambitieuzer project, SPECULOOS geheten, dat op de Paranal-sterrenwacht van ESO zal worden geïnstalleerd [3].
Noten
[1] TRAPPIST (the TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) is een Belgische autonoom werkende 0,6-meter telescoop die wordt beheerd door de Universiteit van Luik en is gestationeerd op de La Silla-sterrenwacht van ESO in Chili. Hij besteedt een groot deel van zijn tijd aan het in de gaten houden van de helderheid van ongeveer zestig nabije ultrakoele rode dwergen en bruine dwergen (‘sterren’ die niet genoeg massa hebben om voortdurend energie op te wekken door middel van kernfusie). Op die manier wordt naar mogelijke planeetovergangen gezocht. De hier beschreven ster, TRAPPIST-1, is een ultrakoele dwergster met ongeveer 0,05% van de lichtkracht en ongeveer acht procent van de massa van de zon.
[2] Dit is een van de belangrijkste methoden die astronomen gebruiken om planeten bij sterren op te sporen. Ze kijken naar het licht dat de ster uitstraalt, om te zien of er momenten zijn waarop een deel van dat licht wordt tegengehouden. Wanneer dat met grote regelmaat gebeurt, is dat een teken dat er (vanaf de aarde gezien) een planeet voor zijn moederster langs schuift – een verschijnsel dat planeetovergang wordt genoemd.
[3] SPECULOOS wordt grotendeels gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad en staat eveneens onder leiding van de Universiteit van Luik. Op de Paranal-sterrenwacht zullen vier autonoom werkende 1-meter telescopen worden geïnstalleerd, die de komende vijf jaar naar planeten bij vijfhonderd ultrakoele sterren gaan zoeken.
Meer info
De resultaten van dit onderzoek staan in het artikel ‘Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star’ van M. Gillon et al., dat in het tijdschrift Nature verschijnt. Het onderzoeksteam bestaat uit: M. Gillon (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), E. Jehin (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), S.M. Lederer (NASA Johnson Space Center, VS), L. Delrez (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), J. de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, VS), A. Burdanov (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), V. Van Grootel (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), A. J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California, San Diego, VS; Infrared Telescope Facility, beheerd door de University of Hawaii), C. Opitom (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik), A.H.M.J. Triaud (Cavendish Laboratory, Cambridge, VK), B-O. Demory (Cavendish Laboratory, Cambridge, VK), D.K. Sahu (Indian Institute of Astrophysics, Bangalore, India), D.B. Gagliuffi (Center for Astrophysics and Space Science, University of California, San Diego, VS; Infrared Telescope Facility, beheerd door de University of Hawaii), P. Magain (Institut d’Astrophysique et Géophysique, Universiteit van Luik) en D. Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, VK).ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
