Pressmeddelande

Ett nytt sätt att undersöka exoplaneters atmosfärer

En het jupiter avslöjas

27 juni 2012

En ny metod har gjort det möjligt för astronomer att detaljstudera en exoplanets atmosfär – trots att den aldrig passerar framför sin stjärna. Ett internationellt forskarlag använde ESO:s jätteteleskop VLT för att direkt fånga det svaga skenet från planeten Tau Boötis b och därmed även studera planetens atmosfär. För första gången sedan planeten upptäcktes för 15 år sedan kunde forskarna dessutom göra pålitliga mätningar av planetens bana och dess massa. Planetens atmosfär verkar vara svalare längre upp, något som överraskat forskarna. Forskningsresultaten publiceras i tidskriften Nature den 28 juni 2012.

År 1996 blev planeten Tau Boötis b [1] en av de första exoplaneter som upptäcktes. Den är fortfarande en av de närmaste kända planeterna som kretsar kring andra stjärnor än vår. Värdstjärnan är lätt synlig för blotta ögat, men dess planet är desto svårare att få syn på. Fram tills nu har den bara gett sig till känna genom sin gravitationella påverkan på stjärnan. Tau Boötis b är en stor planet av den typ som kallas “heta Jupitrar” och kretsar mycket nära sin stjärna.

Likt de flesta exoplaneter passerar planeten aldrig framför stjärnans skiva sedd från jorden. Tidigare har det krävts observationer av sådana passager för att heta jupitrars atmosfärer ska kunna undersökas. (Venuspassagen som kunde ses från jorden nyligen är ett nära exempel på en planetpassage.)  När en planet passerar framför sin stjärna lämnar dess atmosfär ett avtryck i stjärnljuset. Då stjärnans ljus aldrig passerar genom Tau Boötis b:s atmosfär har planetens atmosfär inte tidigare kunnat studeras.

Nu har astronomer, efter 15 år av försök, till slut lyckats observera det svaga skenet från en het jupiter. Astronomer har för första gången gjort pålitliga mätningar av atmosfären hos Tau Boötis b, och har dessutom kunnat uppskatta planetens massa. Forskarteamet använde instrumentet CRIRES [2] på jätteteleskopet VLT (Very Large Telescope) vid ESO:s Paranalobservatorium i Chile. De kombinerade högkvalitativa observationer i infrarött ljus (med våglängd kring 2,3 mikrometer) [3] med ett fiffigt nytt knep för att skilja ut det svaga skenet från planeten från dess stjärnas mycket starkare signal [4].

Matteo Brogi vid Leidenobservatoriet i Nederländerna är huvudförfattare till en forskningsartikel om upptäckten.

– Tack vare de högkvalitativa observationerna från VLT och CRIRES kunde vi studera systemets spektrum i mycket mer detalj än vad som tidigare varit möjligt. Bara omkring 0,01 procent av ljuset vi ser kommer från planeten, och resten från stjärnan, så det här var inte lätt.

De flesta planeter som upptäckts kring andra stjärnor hittades genom deras gravitationella påverkan på värdstjärnorna. Med den metoden är informationen som kan fås om en planets massa begränsad: bara en nedre gräns kan beräknas för planetens massa [5]. Den nya metoden som används här är mycket mer kraftfull. Då astronomerna direkt kunnat se planetens ljus kunde de mäta hur mycket dess bana lutar och därmed noggrant uppskatta planetens massa. Genom att mäta förändringar i planetens rörelser medan den kretsar kring stjärnan kunde teamet för första gången bestämma att Tau Boötis b:s bana lutar 44 grader mot stjärnan. Planetens massa kunde därmed bestämmas till sex gånger Jupiters massa.

Ignas Snellen, astronom vid Leidenobservatoriet i Nederländerna, är medförfattare på artikeln.

– De nya observationerna med VLT löser den 15 år gamla gåtan om Tau Boötis b:s massa. Den nya metoden betyder dessutom att vi nu kan studera atmosfären hos exoplaneter som aldrig genomgår passager. Dessutom kan vi direkt mäta deras massor, något som tidigare var omöjligt. Det här är ett stort steg framåt, säger han.

Teamet har inte bara detekterat atmosfärens svaga sken och uppmätt Tau Boötis b:s massa. De har också studerat planetens atmosfär närmare och mätt upp halten av kolmonoxid.  Genom att jämföra observationerna med teoretiska modeller har de dessutom kunnat mäta hur atmosfärens temperatur varierar med höjd. Det här arbetet har lett till en överraskande slutsats: observationerna tyder på att atmosfärens temperatur är lägre högre upp. Detta är motsatsen till vad man sett hos den andra heta jupitrar, där temperaturen är högre längre upp (en så kallad inversion) [6] [7].

Observationerna med VLT visar att spektroskopi vid hög upplösning från teleskop på jordskorpan är ett värdefullt verktyg för att kunna detaljstudera exoplaneter som aldrig passerar framför sina stjärnor. I framtiden kommer flera moleklyer att kunna upptäckas hos sådana planeter, vilket i sin tur gör det möjligt för astronomer att förstå förhållandena i deras atmosfärer. Genom att göra mätningar vid olika tidpunkter längs planetens bana kan forskarna till och med kunna spåra förändringar mellan morgon och kväll på planeten.

– Denna studie visar den enorma potentialen hos dagens och framtidens markbaserade teleskop, som till exempel E-ELT. Kanske någon dag kommer vi att kunna på det här sättet hitta bevis för biologisk aktivitet på jordliknande planeter, avslutar Ignas Snellen.

Noter

[1] Planetens namn Tau Boötis b kombinerar stjärnans namn (Tau Boötis eller τ Boötis, där τ är grekiska bokstaven tau, inte bokstaven “t”) med bokstaven “b”, vilket betyder att detta var första planeten som hittades hos denna stjärna. Beteckningen Tau Boötis a syftar på stjärnan själv.

[2] CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer (Kryoteknisk echellespektrometer för infrarött ljus)

[3] Värdstjärnan är ljussvagare sedd i infrarött ljus än i synligt ljus. Därför är det lättare att i infrarött skilja ut ljus från den ljussvaga planeten.

[4] Metoden använder planetens hastighet i sin bana runt värdstjärnan för att skilja dess strålning både från stjärnans och från spår i spektrum som lämnas av jordens atmosfär. Samma astronomteam testade metoden tidigare på en planet som genomgår passager för att mäta hastigheten i dess bana medan den korsar stjärnans skiva.

[5] Banans lutning är vanligtvis inte känd. Om planetens bana lutar relativt siktlinjen mellan jorden och stjärnan kan en tyngre planet orsaka samma observerade rörelser fram och tillbaka hos stjärnan som en lättare planet vars bana lutar mindre. Det går inte att skilja mellan dessa två fall.

[6] Inversion i atmosfärens temperatur kännetecknas av att molekyler i spektrumet syns som emissionslinjer snarare än absorptionslinjer, tror forskare. Så har man tidigare tolkat observationer av ljuset från heta jupitrar som gjorts med rymdteleskopet Spitzer. Exoplaneten HD 209458 b är det bäst studerade exemplet av inversioner i exoplaneters atmosfärer.

[7] Denna observation stödjer modeller i vilka inversionen saknas på grund av ultraviolett strålning från aktivitet i stjärnans kromosfär - något som observerats hos stjärnan Tau Boötis.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b" som publiceras i tidskriften Nature den 28 juni 2012.

Forskarteamet består av Matteo Brogi (Leidens observatorium, Nederländerna), Ignas A. G. Snellen (Leidens observatorium), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Nederländerna), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leidens observatorium) och Ernst J. W. de Mooij (Leidens observatorium; University of Toronto, Kanada).

År 2012 är det 50 år sedan Europeiska sydobservatoriet (ESO) grundades. ESO är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett europeiskt extremt stort teleskop i 40-metersklassen för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln i Nature
• Bilder på VLT
• Bilder tagna med VLT

Kontakter

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

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

Jayne Birkby
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 715 275832
E-post: 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-post: rhook@eso.org

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1227 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.