Persbericht

Vijftig nieuwe exoplaneten ontdekt met HARPS

Rijkste planetenbuit tot nu toe omvat zestien superaardes

12 september 2011

Astronomen die gebruik maken van ESO’s geavanceerde exoplanetenjager HARPS hebben vandaag een rijke buit van meer dan vijftig nieuwe exoplaneten gepresenteerd. Zestien van deze exoplaneten zijn ‘superaardes’, en één daarvan bevindt zich in de leefbare zone van zijn ster. Door de eigenschappen van alle tot nu toe met HARPS gevonden planeten te onderzoeken, hebben de astronomen ontdekt dat ongeveer vier van de tien sterren die op de zon lijken minstens één planeet hebben die lichter is dan Saturnus.

De HARPS-spectrograaf van de 3,6-meter telescoop van de ESO-sterrenwacht op La Silla (Chili) is de meest succesvolle planetenzoeker ter wereld [1]. Het HARPS-team, onder leiding van Michel Mayor (Universiteit van Genève, Zwitserland), heeft vandaag de ontdekking gepresenteerd van meer dan vijftig nieuwe exoplaneten, waaronder zestien superaardes [2]. Nooit eerder werden zoveel van zulke planeten tegelijkertijd aangekondigd [3]. De presentatie van de nieuwe ontdekkingen vindt plaats bij een conferentie over extreme planetenstelsels in Wyoming (VS), waar 350 exoplaneetdeskundigen bijeenkomen.

‘De oogst van ontdekkingen met HARPS, die een buitengewoon rijke populatie omvat van superaardes en Neptunusachtige planeten bij sterren die vergelijkbaar zijn met onze zon, overtreft alle verwachtingen. Beter nog: de nieuwe resultaten laten zien dat de ontdekkingen elkaar steeds sneller opvolgen,’ zegt Mayor.

In de acht jaar dat HARPS zonachtige sterren met behulp van de radiale-snelheidsmethode onderzoekt, zijn meer dan 150 nieuwe planeten met dit instrument ontdekt. Ongeveer tweederde van alle bekende exoplaneten met massa’s van minder dan een halve Neptunusmassa [4] staat op naam van HARPS. Deze vele successen zijn het resultaat van honderden waarnemingsnachten [5].

Dankzij HARPS-waarnemingen van 376 zonachtige sterren kunnen astronomen nu ook veel beter schatten hoe waarschijnlijk het is dat een ster zoals de zon in het gezelschap is van lichte planeten (anders dan gasreuzen). Zij komen tot de conclusie dat ongeveer veertig procent van zulke sterren minstens één planeet heeft die lichter is dan Saturnus. De meeste exoplaneten met de massa van Neptunus of minder lijken voor te komen in stelsels met meer dan één planeet.

Met de hardware- en software-upgrades die momenteel worden uitgevoerd, wordt HARPS steeds beter in het opsporen van rotsachtige planeten waar leven mogelijk is. Voor een nieuwe verkenning zijn tien nabije zonachtige sterren geselecteerd. Deze sterren waren al met HARPS bekeken en bleken geschikt te zijn voor uiterst nauwkeurige radiale-snelheidsmetingen. Na twee jaar onderzoek heeft het team astronomen vijf nieuwe planeten ontdekt die minder dan vijf keer zo zwaar zijn als de aarde.

‘Deze planeten behoren tot de beste doelwitten voor toekomstige ruimtetelescopen om de atmosfeer van de planeet te onderzoeken op tekenen van leven, door op de chemische signatuur van bijvoorbeeld zuurstof te letten,’ aldus Francesco Pepe (Sterrenwacht van Genève, Zwitserland), hoofdauteur van een van de recente onderzoeksartikelen.

Een van de onlangs aangekondigde nieuwe planeten, HD 85512 b, is naar schatting slechts 3,6 maal zo zwaar als de aarde [6] en bevindt zich aan de rand van de leefbare zone – de smalle strook rond een ster waar onder de juiste omstandigheden vloeibaar water kan bestaan [7].

‘Tot nu toe is dit de lichtste planeet die met de radiale-snelheidsmethode is opgespoord en zich mogelijk binnen de leefbare zone van zijn ster bevindt, en de tweede lichte ster die met HARPS binnen een leefbare zone is ontdekt,’ voegt Lisa Kaltenegger (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland, en Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, Boston, VS), deskundige op het gebied van de leefbaarheid van exoplaneten, daaraan toe.

De steeds groter wordende nauwkeurigheid van de nieuwe HARPS-survey maakt het nu mogelijk om planeten van minder dan twee aardmassa’s te ontdekken. HARPS is nu zo gevoelig dat hij radiale-snelheidsamplitudes van aanzienlijk minder dan 4 km/u kan detecteren [8].

‘Met de detectie van HD 85512 b is de grens van HARPS nog lang niet bereikt. Het moet dus mogelijk zijn om meer superaardes in de leefbare zones van zonachtige sterren te ontdekken,’ aldus Mayor.

Deze resultaten sterken astronomen in de gedachte dat ze op het punt staan om kleine, leefbare rotsachtige planeten bij zonachtige sterren te ontdekken. Voor deze zoektocht zijn nieuwe instrumenten gepland, waaronder een duplicaat van HARPS voor de Telescopio Nazionale Galileo op de Canarische eilanden voor het onderzoek van sterren aan de noordelijke hemel, en een nieuwe, nog krachtigere planeetzoeker, ESPRESSO geheten, die in 2016 aan ESO’s Very Large Telescope moet worden gekoppeld [9]. In de nog iets verdere toekomst zal het CODEX-instrument van de European Extremely Large Telescope (E-ELT) deze onderzoekstechniek naar een nog hoger niveau moeten tillen.

‘Binnen tien tot twintig jaar zouden we over een eerste lijst van mogelijk leefbare planeten in de omgeving van de zon moeten kunnen beschikken. Het opstellen van zo’n lijst is cruciaal voor de zoektocht naar mogelijke spectroscopische aanwijzingen voor het bestaan van leven in de atmosferen van exoplaneten,’ besluit Michel Mayor, die in 1995 de eerste exoplaneten bij een normale ster ontdekte.

Noten

[1] HARPS kan de radiale snelheden van sterren buitengewoon nauwkeurig meten. Een planeet die om een ster draait zorgt ervoor dat de ster voor een waarnemer op aarde afwisselend dichterbij komt of zich van hem verwijdert. Door het dopplereffect veroorzaakt zo’n verandering van de radiale snelheid een verschuiving van het spectrum van de ster naar langere (bij verwijdering) of kortere golflengten (bij nadering). Deze piepkleine verschuiving van het sterspectrum kan met een nauwkeurige spectrograaf als HARPS worden gemeten en worden gebruikt om de aanwezigheid van een planeet aan te tonen.

[2] Planeten die één tot tien keer zo zwaar zijn als de aarde worden superaardes genoemd. Ons zonnestelsel kent geen planeten van deze omvang, maar bij andere sterren lijken ze vaak voor te komen. Ontdekkingen van dergelijke planeten in de leefbare zone rond hun sterren zijn heel boeiend, omdat – als de planeet rotsachtig zou zijn en, net als de aarde, water heeft – daar in principe leven mogelijk is.

[3] Het aantal bekende exoplaneten nadert de 600. Exoplaneten worden niet alleen opgespoord met radiale-snelheidstechnieken: met de NASA-satelliet Kepler zijn 1200 exoplaneetkandidaten ontdekt door uit te kijken naar kleine dipjes in de helderheid van een ster, die ontstaan als een planeet voor de ster langs beweegt en een deel van zijn licht tegenhoudt. De meeste planeten die met deze zogeheten transitmethode zijn ontdekt,  bevinden zich op zeer grote afstanden. De planeten die met HARPS worden opgespoord, draaien om naburige sterren. Dat maakt hen geschikter voor allerlei vervolgonderzoek.

[4] Neptunus is ongeveer zeventien keer zo zwaar als de aarde.

[5] Dit grote waarnemingsprogramma staat onder leiding van Stéphane Udry (Sterrenwacht van Genève, Zwitserland).

[6] Met de radiale-snelheidsmethode kunnen astronomen slechts de minimum-massa van een planeet schatten, omdat voor een echte massabepaling bekend moet zijn onder welke hoek het baanvlak van de planeet op de gezichtslijn staat, en die hoek is niet bekend. Maar statistisch gezien ligt de minimum-massa vaak dicht bij de echte massa van de planeet.

[7] Tot dusver zijn met HARPS twee superaardes ontdekt die binnen de leefbare zone liggen. De eerste, Gliese 581 d, werd in 2007 ontdekt (eso0722). HARPS is onlangs ook gebruikt om aan te tonen dat de andere kandidaat-superaarde in de leefbare zone rond de ster Gliese 581 (Gliese 581 g) niet bestaat.

[8] Bij grote aantallen metingen komt de detectiegevoeligheid van HARPS voor superaardes van tien aardmassa’s met omlooptijden van maximaal een jaar in de buurt van de 100%. Bij planeten van drie aardmassa’s en een omlooptijd van een jaar is de kans op ontdekking altijd nog 20%.

[9] ESPRESSO, de Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations, wordt gekoppeld aan ESO’s Very Large Telescope. Aan het ontwerp ervan wordt nog gewerkt, maar het instrument zou in 2016 operationeel moeten zijn. ESPRESSO zal radiale snelheden kunnen meten met een nauwkeurigheid van 0,35 km/u of minder. Ter vergelijking: de aarde geeft de zon een radiale snelheid van 0,32 km/u. ESPRESSO zou dus in staat moeten zijn om in de leefbare zone van lichte sterren planeten van het kaliber aarde te ontdekken.

Meer informatie

Deze resultaten worden op 12 september 2011 gepresenteerd bij de conferentie over extreme planetenstelsels die in het Grand Teton National Park in Wyoming (VS) wordt gehouden.

Een samenvatting van dit onderzoek wordt gepresenteerd in het artikel (in voorbereiding) ‘The HARPS search for southern extra-solar planets, XXXIV — Occurrence, mass distribution and orbital properties of super-Earths and Neptune-type planets’ dat in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics zal verschijnen.

Het onderzoeksteam bestaat uit M. Mayor (Observatoire de Genève [OAUG], Zwitserland), M. Marmier (OAUG), C. Lovis (OAUG), S. Udry (OAUG), D. Ségransan (OAUG), F. Pepe (OAUG), W. Benz (Physikalisches Institut Universität Bern, Zwitserland), J.L. Bertaux (Service d’Aéronomie, Parijs, Frankrijk), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, Université Pierre & Marie Curie, Frankrijk en Observatoire de Haute-Provence/CNRS, Frankrijk), X. Dumusque (OAUG), G. LoCurto (ESO, Duitsland), C. Mordasini (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland), D. Queloz (OAUG), N.C. Santos (Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal en Departamento de Física de Astronomia, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Portugal), D. Queloz (OAUG).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, 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 het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig 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 uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste sterrenkundige project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel in Astronomy & Astrophysics:
  • “The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone, I — Very low-mass planets around HD20794, HD85512, HD192310” (Pepe et al., 2011)
  • "The HARPS search for southern extra-solar planets XXXIV. Occurrence, mass distribution and orbital properties of super-Earths and Neptune-mass planets" (Mayor et al., 2011)

• HARPS
• ESPRESSO
• Gliese 581
• Foto’s van de La Silla-sterrenwacht

Contact

Stéphane Udry
Observatoire de l’Université de Genève
Switzerland
Tel: +41 22 379 24 67
E-mail: stephane.udry@unige.ch

Francesco Pepe
Observatoire de l’Université de Genève
Switzerland
Tel: +41 223 792 396
Mobiel: +41 79 302 47 40
E-mail: francesco.pepe@unige.ch

Lisa Kaltenegger
Research Group Leader, Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
E-mail: kaltenegger@mpia.de

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

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media