Pressemeddelelse

Ny vej til at studere exoplaneters atmosfærer

27. juni 2012

For første gang har en ny snedig teknik gjort det muligt for astronomer at studere en exoplanets atmosfære i detaljer – også selvom den ikke passerer ind foran sin moderstjerne. Et internationalt hold har brugt ESO’s Very Large Telescope til direkte at fange den svage glød fra planeten Tau Boötis b. De har studeret planetens atmosfære og for første gang præcist målt dens bane og dens masse -- og har i processen løst et 15 år gammelt problem. Overraskende har holdet også fundet frem til, at planetens atmosfære ser ud til at være koldere højere oppe hvilket er det modsatte af, hvad der var forventet. Resultaterne bliver offentliggjort den 28. juni 2012 i tidsskriftet Nature.

Planeten Tau Boötis b [1] er en af de første exoplaneter, der blev opdaget tilbage i 1996, og det er stadig et af de planetsystemer, vi kender, hvor afstanden mellem planeten og stjernen er mindst. Selvom dens moderstjerne let kan ses med det blotte øje, så er det på ingen måde tilfældet for planeten, og indtil nu har den kun kunnet registreres ved dens tyngdepåvirkning af stjernen. Tau Boötis b er en stor varm Jupiter-lignende planet, der kredser meget tæt på sin stjerne.

Som de fleste exoplaneter passerer denne planet ikke ind foran sin stjerne (ligesom venuspassagen for nylig). Indtil nu har sådanne passager været helt afgørende for studier af exoplaneters atmosfærer: når en planet passerer ind foran sin stjerne, efterlader atmosfæren aftryk af sine egenskaber i stjernelyset. Da der ikke er noget stjernelys, der skinner igennem Tau Boötis b’s atmosfære mod os, har det indtil nu ikke været muligt at studere planetens atmosfære.

Men nu efter 15 års forsøg på at studere den svage glød, der udsendes fra varme Jupiter-lignende exoplaneter, er det omside lykkedes astronomer at lave en pålidelig undersøgelse af strukturen i Tau Boötis b’s atmosfære og for første gang nøjagtigt at bestemme dens masse. Holdet brugte CRIRES-instrumentet [2] på Very Large Telescope (VLT) på ESO’s Paranal-observatorium i Chile. De kombinerede infrarøde observationer af høj kvalitet (ved bølgelængder omkring 2,3 mikrometer) [3] med et snedigt nyt trick, der fisker det svage lys fra planeten ud af det meget stærkere lys fra dens moderstjerne [4].

Undersøgelsens hovedforfatter Matteo Brogi (Leiden Observatory, Holland) forklarer: ”Takket være den høje kvalitet af observationerne fra VLT og CRIRES var vi i stand til at studere spektret fra systemet i langt større detalje end det har været muligt før. Kun omkring 0,01 % af det lys vi ser, kommer fra planeten og resten fra stjernen, så det var ikke nemt.”

De fleste planeter omkring andre stjerner er blevet opdaget ved deres tyngdepåvirkning af deres moderstjerner hvilket begrænser den information, der kan udledes om deres masse: det giver kun en nedre grænse ved beregningen af planetens masse [5]. Den nye teknik, der er anvendt her, er langt mere kraftfuld. Ved at se direkte på planetens lys er det muligt for astronomerne at måle vinklen på planetens bane og derved præcist at finde planetens masse. Ved at følge ændringer i planetens bevægelse, mens den kredsede om sin stjerne, har holdet for første gang pålideligt bestemt, at Tau Boötis b kredser om sin værtsstjerne i en vinkel på 44 grader, og at den har en masse, der er seks gang større end planeten Jupiter i vores eget Solsystem.

”De nye VLT-observationer løser et 15 år gammel problem om Tau Boötis b’s masse. Den nye teknik betyder også, at vi nu kan studere atmosfærer på exoplaneter, der ikke passerer ind foran deres stjerner, samt præcist at måle deres  masser hvilket før var umuligt,” siger Ignas Snellen (Leiden Observatory, Holland), der er medforfatter på artiklen. ”Det er et stort fremskridt.”

Udover at registrere gløden fra atmosfæren og måle Tau Boötis b’s masse, har holdet undersøgt atmosfæren og målt mængden af kulilte, der er til stede, samt temperaturen i forskellige højder ved at sammenligne observationerne med teoretiske modeller. Et overraskende resultat af dette arbejde er, at de nye observationer tyder på en atmosfære, hvor temperaturen falder højere oppe. Dette resultat er det stik modsatte af den temperaturinversion – en stigning i temperaturen med stigende højde – fundet hos andre varme Jupiter-lignende exoplaneter [6] [7].

VLT-observationerne viser, at spektroskopi med høj opløsning med jordbaserede teleskoper er et værdifuldt redskab til en detaljeret analyse af atmosfærer på exoplaneter, der ikke passerer ind foran deres stjerner. Påvisning af forskellige molekyler vil i fremtiden gøre det muligt for astronomer at lære mere om planetens atmosfæriske forhold. Ved at måle langs planetens bane, kan astronomerne endda være i stand til at spore atmosfæriske ændringer mellem planetens morgen og aften.

”Dette studie viser det enorme potentiale, der er for nuværende og fremtidige jordbaserede teleskoper, såsom E-ELT. Måske kan vi en dag endda finde tegn på biologisk aktivitet på jordlignende planeter på denne måde,” slutter Ignas Snellen.

Noter

[1] Navnet på planeten, Tau Boötis b, kombinerer navnet på stjernen (Tau Boötis eller τ Boötis, τ er det græske bogstav ”tau”, og ikke bogstavet ”t”) med bogstavet ”b”, der angiver, at det er den første planet, som er fundet omkring denne stjerne. Betegnelsen Tau Boötis a bruges om selve stjernen.

[2] CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer

[3] Ved infrarøde bølgelængder udsender moderstjernen mindre lys end i det optiske område (synligt lys), så det er et godt bølgelængdeområde at bruge for at fiske det svage lys fra planeten ud.

[4] Denne metode anvender hastigheden af planeten i kredsløb om dens moderstjerne til at skelne planetens lys fra stjernens og også de aftryk i lyset, der kommer fra Jordens atmosfære. Det samme hold af astronomer har tidligere afprøvet denne teknik på en planet, der passerer ind foran sin stjerne, hvor de målte dens banehastighed under dens passage af stjernens skive.

[5] Dette skyldes, at hældningen af banen normalt er ukendt. Hvis planetens bane hælder i forhold til sigtelinjen mellem Jorden og stjernen, skaber en tung planet den samme observerede bevægelse frem og tilbage af stjernen, som en let planet i en bane med mindre hældning, og det er ikke muligt at adskille de to effekter.

[6] Termisk inversion menes at være kendetegnet af molekylære træk i emission i stedet for i absorption. Det er baseret på fortolkning af fotometriske observationer af varme Jupiter-lignende planeter lavet med Spitzer Space Telescope. Exoplaneten HD209458b er det bedst studerede eksempel på termisk inversion i en exoplanet-atmosfærer.

[7] Denne observation understøtter modeller hvor stærk ultraviolet stråling knyttet til kromosfærisk aktivitet – svarende til den Tau Boötis b’s værtsstjerne udviser – er ansvarlig for at hæmme af den termiske inversion.  

Mere information

Disse resultater præsenteres i artiklen "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b", der udkommer i tidsskriftet Nature den 28. juni 2012.

Holdet består af Matteo Brogi (Leiden Observatory, Holland), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Holland), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) og Ernst J. W. de Mooij (Leiden Observatory; University of Toronto, Canada).

I år 2012 er der 50-års jubilæum for grundlæggelsen af det Europæiske Syd Observatorium (ESO). ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESO’s aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 40 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Videnskabelig artikel i Nature
• Billeder af VLT
• Andre billeder taget af VLT 

Kontakter

Ignas Snellen
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 715 275838
E-mail: snellen@strw.leidenuniv.nl

Matteo Brogi
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Neherlands
Tel: +31 715 278434
E-mail: brogi@strw.leidenuniv.nl

Jayne Birkby
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 715 275832
E-mail: birkby@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Remco de Kok
Space Research Organization Netherlands (SRON)
Utrecht, The Netherlands
Tel: +31 88 777 5725
E-mail: R.J.de.Kok@sron.nl

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1227 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.