Een nieuwe nationale faciliteit op de ESO-sterrenwacht op La Silla heeft met succes zijn eerste waarnemingen gedaan. De ExTrA-telescopen zullen op zoek gaan naar, en onderzoek doen aan planeten ter grootte van de aarde die om nabije rode dwergsterren cirkelen. ExTrA’s baanbrekende ontwerp zorgt voor een veel betere gevoeligheid in vergelijking met eerdere zoekacties. Astronomen beschikken nu over een krachtig nieuw middel om de jacht op mogelijk leefbare werelden voort te zetten.
De nieuwste aanwinst van de ESO-sterrenwacht op La Silla in het noorden van Chili, de Exoplanets in Transits and their Atmospheres (ExTrA), heeft zijn eerste succesvolle waarnemingen gedaan. ExTrA is ontworpen om te zoeken naar planeten rond nabije rode dwergsterren en hun eigenschappen te bestuderen. ExTrA is een Frans project dat wordt gefinancierd door de Europese onderzoeksraad en het Franse Agence National de la Recherche. De telescopen worden op afstand bediend vanuit Grenoble, Frankrijk.
Voor het detecteren en bestuderen van exoplaneten maakt ExTrA gebruik van drie 0,6-meter telescopen [1]. Deze meten regelmatig de hoeveelheid licht die van veel rode dwergsterren wordt ontvangen en zoeken naar geringe helderheidsafnamen die door zogeheten transits kunnen zijn veroorzaakt: gebeurtenissen waarbij een planeet voor zijn ster langs trekt en een deel van diens licht tegenhoudt. ‘La Silla is gekozen als de thuishaven van de telescopen vanwege de uitstekende atmosferische omstandigheden ter plaatse’, legt Xavier Bonfils, hoofdonderzoeker van het project, uit. ‘Het soort licht dat we waarnemen – nabij-infrarood – wordt heel gemakkelijk geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde, dus we hebben de droogst en donkerst mogelijke omstandigheden nodig. La Silla voldoet perfect aan onze eisen.’
Bij de transitmethode wordt de helderheid van de onderzochte ster vergeleken met die van referentiesterren om kleine veranderingen te kunnen opmerken. Vanaf de grond valt het echter niet mee om metingen te doen die voldoende nauwkeurig zijn om kleine planeten van het formaat aarde te detecteren [2]. Door gebruik te maken van een nieuwe aanpak, waarbij ook informatie wordt meegenomen over de helderheid van de sterren in veel verschillende kleuren, weet ExTrA echter enkele van deze beperkingen te overwinnen. De drie ExTra-telescopen verzamelen licht van de doelster en vier vergelijkingssterren, en dat licht wordt vervolgens via optische vezels naar een ‘multi-object spectrograph’ geleid – een spectrograaf die het licht van meerdere objecten tegelijk kan analyseren. Deze toevoeging van spectroscopische informatie aan traditionele fotometrie helpt het verstorende effect van de aardatmosfeer en verstorende instrumentele effecten te verminderen, waardoor een hogere nauwkeurigheid wordt bereikt.
Omdat een planeetovergang een groter deel van het sterlicht zal tegenhouden naarmate de ster kleiner is, zal ExTrA zich vooral richten op nabije voorbeelden van een specifiek soort kleine, heldere sterren die veel voorkomen in de Melkweg: de zogeheten M-dwergen. Deze sterren hebben naar verwachting veel planeten van het formaat aarde, waardoor ze belangrijke doelwitten zijn voor astronomen die verre werelden willen ontdekken en bestuderen die geschikt zijn voor leven. Ook de naaste buurster van de zon, Proxima Centauri, is een M-dwerg waarbij een planeet van vergelijkbare massa als de aarde is ontdekt. Het opsporen van deze voorheen niet-detecteerbare aarde-achtige werelden is slechts een van de twee hoofddoelen van ExTrA. De telescoop zal de planeten die hij opspoort ook nader bestuderen om, aan de hand van hun eigenschappen en samenstelling, te kunnen bepalen in hoeverre ze vergelijkbaar zijn met de aarde.
‘Met ExTrA kunnen we ook enkele fundamentele vragen over planeten in onze Melkweg aanpakken. We hopen te ontdekken hoe veel voorkomend deze planeten zijn, hoe stelsels van meerdere planeten zich gedragen en welke soorten omgevingen tot hun ontstaan hebben geleid’, voegt teamlid Jose-Manuel Almenara eraan toe. Bonfils kijkt al met spanning uit naar de toekomst: ‘Met de volgende generatie telescopen, zoals de Extremely Large Telescope van ESO, kunnen we de atmosferen van de exoplaneten die ExTra heeft ontdekt onderzoeken, om de leefbaarheid van deze werelden vast te stellen. Het exoplanetenonderzoek maakt wetenschap van wat ooit sciencefiction was.’
Noten
[1] De telescopen en hun monteringen zijn geleverd door Astrosysteme Austria, de koepels zijn afkomstig van de Duitse firma ScopeDome en de infraroodcamera is gemaakt door het Amerikaanse bedrijf Princeton Instruments met een detectorarray van het Belgische bedrijf Xenics. Aanvullende informatie over de faciliteit is hier beschikbaar.
[2] Deze aanpak, bekend als differentiële fotometrie, houdt in dat de doelster samen met enkele andere sterren die er vlak naast staan wordt waargenomen. Door te corrigeren voor de helderheidsvariaties die deze sterren gezamenlijk vertonen ten gevolge van de verstorende aardatmosfeer, kunnen nauwkeurigere metingen worden verkregen van de doelster. De ‘helderheidsdips’ die door planeten ter grootte van de aarde worden veroorzaakt zijn echter zo klein dat zelfs deze techniek niet altijd toereikend is.
