Persbericht

VLT neemt rechtstreeks spectrum van exoplaneet

13 januari 2010

Astronomen zijn er voor het eerst in geslaagd een rechtstreeks spectrum – de chemische vingerafdruk [1] – vast te stellen van een exoplaneet bij een ster [2] in een verafgelegen planeetsysteem dat lijkt op een uitvergrote versie van ons zonnestelsel. Hierdoor hebben ze nieuwe informatie verkregen over de vorming en samenstelling van de planeet. Het resultaat is een mijlpaal in de zoektocht naar buitenaards leven.

“Het spectrum van een planeet is te vergelijken met een vingerafdruk. Het verschaft de belangrijkste informatie over de chemische elementen in de planeetatmosfeer”, zegt Markus Janson, eerste auteur van een paper over deze ontdekking. “Met deze informatie kunnen we beter begrijpen hoe de planeet is gevormd en in de toekomst kunnen we misschien wel tekenen van leven vinden.”

De wetenschappers namen het spectrum van een enorme exoplaneet die draait rondom de heldere, zeer jonge ster HR 8799, op ongeveer 130 lichtjaar van de aarde. De ster, met 1,5 keer de massa van de zon, heeft een planetenstelsel dat lijkt op een uitvergrote versie van ons zonnestelsel. In 2008 heeft een ander team onderzoekers bij deze ster drie reuzenplaneten ontdekt, die 7 tot 10 keer zwaarder zijn dan Jupiter. Hun afstand tot HR 8799 is 20 tot 70 keer de afstand van de aarde tot de zon. Het systeem herbergt ook twee gordels van kleinere objecten, vergelijkbaar met de planetoïdengordel en de Kuipergordel in ons zonnestelsel.

“We hebben de middelste van de drie planeten geobserveerd, die ongeveer tien keer zo zwaar is als Jupiter en een temperatuur heeft van 800 graden Celsius”, zegt teamlid Carolina Bergfors. “Na meer dan vijf uur belichtingstijd konden we het spectrum ontwarren van de planeet, die wordt overstraald door zijn moederster.”

Het is de eerste keer dat het spectrum van een exoplaneet bij een normale, zonachtige ster rechtstreeks is genomen. Eerder kon het spectrum alleen worden verkregen met behulp van een ruimtetelescoop, door tijdens de secundaire eclips, waarbij de planeet achter de moederster langsgaat, het sterlicht voor en tijdens de eclips met elkaar te vergelijken. Deze methode kan echter alleen worden gebruikt bij een juiste oriëntatie van de omloopbaan van de exoplaneet, wat slechts bij een zeer klein aantal het geval is. Het huidige spectrum is genomen vanaf de grond, met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT), tijdens een directe waarneming die niet afhankelijk is van de baanoriëntatie.

Dit is een opmerkelijk resultaat, omdat de moederster een paar duizend maal helderder is dan de planeet. “Het is net alsof je een kaars bestudeert op twee kilometer afstand terwijl hij naast een verblindend heldere lamp van 300 Watt staat”, zegt Janson.

De ontdekking was mogelijk door gebruik te maken van het infraroodinstrument NACO dat gebruik maakt van adaptieve optiek. Met het nieuwe instrument SPHERE, dat in 2011 op de VLT wordt geïnstalleerd, en de nieuwe European Extremely Large Telescope zullen naar verwachting nog preciezere opnamen en spectra van reuzen-exoplaneten kunnen worden genomen.

Uit de nieuwe data blijkt dat de atmosfeer van de planeet nog steeds onvoldoende begrepen wordt. “De waargenomen eigenschappen in het spectrum komen niet overeen met de huidige theoretische modellen”, legt co-auteur Wolgang Brandner uit. “We moeten rekening houden met een meer gedetailleerde beschrijving van de atmosferische stofwolken, of accepteren dat de atmosfeer een andere chemische samenstelling heeft dat tot nu toe is aangenomen.”

De astronomen hopen spoedig de ‘vingerafdrukken’ van de andere twee reuzenplaneten vast te leggen zodat ze, voor de eerste keer, de spectra van drie planeten binnen één planetair systeem kunnen vergelijken. “Dit zal zeker nieuw licht werpen op de processen die leiden tot de vorming van planeetsystemen zoals het onze”, concludeert Janson.

Noten

[1]  Zoals elke regenboog laat zien kan wit licht worden opgesplitst in verschillende kleuren. Astronomen splitsen het waargenomen licht van objecten in zijn verschillende kleuren (of golflengten). Wij zien bij een regenboog vijf of zes kleuren, terwijl astronomen wel honderden kleuren onderscheiden in een spectrum, een weergave van de verschillende hoeveelheden licht die het object uitstraalt in iedere smalle kleurenband. De details van het spectrum – meer uitgestraald licht op sommige kleuren, minder op andere kleuren - geven informatie over de chemische samenstelling van de materie. Hierdoor is spectroscopie, het vastleggen van spectra, een belangrijk onderzoeksinstrument voor sterrenkundigen.

 [2] In 2004 gebruikten astronomen NACO op de VLT om een opname en spectrum te maken van een object van vijf keer de massa van Jupiter bij een bruine dwerg, een ‘mislukte’ ster. Men denkt dat het duo tegelijkertijd werd gevormd, als een klein dubbelstersysteem, en niet als een ster-planeet-systeem waarbij de planeet ontstaat in de schijf rond de bruine dwerg (zie ESO 28/04, ESO 15/05 en ESO 19/06).

[3] Telescopen op aarde hebben last van verstorende effecten van de aardatmosfeer. Deze turbulentie zorgt ervoor dat sterren twinkelen, wat dichters verrukt maar astronomen frustreert, omdat het de details van de opnamen vervaagt. Met adaptieve optiek kan dit worden gecorrigeerd, zodat de telescoop opnamen maakt die zo scherp zijn dat ze de omstandigheden in de ruimte benaderen. Adaptieve optiek-systemen werken met een computergestuurde vervormbare spiegel die de beeldvervorming als gevolg van atmosferische storingen, tegengaat. Het is gebaseerd op real-time optische correcties, die met zeer hoge snelheid (enkele honderden keren per seconde) worden berekend, op basis van data verkregen door een ‘wavefront’ sensor (een speciale camera) die het licht van een referentiester controleert.

Meer informatie

Het onderzoek is ‘in press’ als een Letter in the Astrophysical Journal (“Spatially resolved spectroscopy of the exoplanet HR 8799 c”, by M. Janson et al.).

Het team bestaat uit M. Janson (University of Toronto, Canada), C. Bergfors, M. Goto, W. Brandner (Max-Planck-Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany) en D. Lafrenière (University of Montreal, Canada). Voorbereidende data zijn genomen met het IRCS instrument van de Subaru-telescoop.

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa en wereldwijd het meest productieve astronomische observatorium. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit gericht op het ontwerp, de bouw en de exploitatie van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol in het bevorderen en organiseren van samenwerking in het sterrenkundig onderzoek. ESO exploiteert drie observatielocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal exploiteert ESO de Very Large Telescope (VLT), 's werelds meest geavanceerde optische observatorium en ESO is de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. ESO is momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop ( E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Science paper
• Meer info: Exoplanet media kit

Contact

Markus Janson
University of Toronto
Toronto, Canada
Tel: +1 416 946 5465 and +49 6221 528 493
E-mail: janson@astro.utoronto.ca

Wolfgang Brandner
Max-Planck-Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Tel: +49 6221 528 289
E-mail: brandner@mpia.de

Henri Boffin
La Silla/Paranal/E-ELT PiO
ESO ePOD, Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6222
E-mail: hboffin@eso.org

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media