HD190228:
ontdekt door het team van M. Mayor, observatorium van Genève
Wiebelende
sterren
De eerste ontdekkingen van exoplaneten dateren van 1995, en de primeur
was voor Michel Mayor, die op 6 oktober van dat jaar bekend maakte
dat hij een planeet rond de ster 51 Pegasihad ontdekt. Sindsdien
heeft het onderzoek hieromtrent een hoge vlucht genomen. Dat is
vooral te wijten aan aanzienlijke verbeteringen in het gebruikte
instrumentarium, met name in de spectografie.
Omdat de afstand tot de extrasolaire planeten zo gigantisch is kunnen
de planeten immers niet letterlijk ‘gezien’ worden, hoewel er nu
een kans bestaat dat de Hubble ruimtetelescoop toch beelden zou
kunnen maken van de planeet bij Epsilon Eridani. Het ontdekken van
een exoplaneet is dan ook een complex statistisch proces dat gebaseerd
is op de zwaartekrachteffecten van de planeet op de ster waarrond
ze haar baan volgt. Een planeet oefent een zekere aantrekkingskracht
uit op zijn ‘moederster’ waardoor de ster een minieme schommeling
vertoont. Deze schommeling - in het Engels ietwat frivool ‘wobble’
genoemd - is zichtbaar in de roodverschuiving - het dopplereffect
- van de ster en kan door spectrografisch onderzoek aan het licht
worden gebracht.
Het belang van het Doppler-effect voor de moderne astronomie kan
moeilijk overschat worden: men kwam er de uitdijing van het heelal
mee op het spoor en daarmee de oerknal, de eigenbewegingen van sterrenstelsels
werden ermee vastgesteld, het laat toe de massa’s van binaire sterren
te meten, men kwam er mee op het spoor van vreemde structuren als
de Grote Aantrekker enzoverder. Kortom, zowat het volledige hedendaagse
theoretische corpus van de sterrenkunde berust op de vaststellingen
die Johann Christian Doppler in de eerste helft van de 19e eeuw
deed.
Het doppler-effect wordt door zowat iedereen dagelijks waargenomen,
bv. wanneer men door een ambulance met loeiende sirene voorbij wordt
gereden. Wanneer de ambulance voorbijrijdt, verandert de toon van
de sirene. Als de wagen aan komt gereden worden de geluidsgolven
samengedrukt door de snelheid van het vehikel waardoor ze een hogere
frequentie krijgen. Bij een ziekenwagen die zich van een observator
verwijdert doet zich het omgekeerde voor.
Ook Doppler demonstreerde dit effect met behulp van geluidsgolven,
maar eenzelfde verschijnsel doet zich ook bij lichtgolven voor:
lichtgolven afkomstig van een bron die zich naar een waarnemer toe
beweegt verschuiven naar kortere golflengtes, wat overeenkomt met
een blauwe kleur in het spectrum. De omgekeerde beweging levert
een roodverschuiving op.
Fluctuaties in de roodverschuiving kunnen astronomen op het spoor
brengen van grote lichamen in de buurt van een ster, precies omdat
deze lichamen verantwoordelijk zijn voor veranderingen in de snelheid
waarmee deze ster zich door het heelal beweegt. Daarbij moeten een
groot aantal factoren in rekening worden gebracht: de invloed van
de bewegingen van de observator, met andere woorden de bewegingen
van de aarde, en de invloed van andere objecten in de buurt van
de onderzochte ster. Het effect van deze factoren op het ‘wiebelen’
van de ster moet dan eerst uit de observaties worden weggefilterd.
Blijft er daarna nog steeds een ‘wobble’ over, dan kan besloten
worden dat rond de ster een planeet cirkelt.
Er zijn overigens nog twee andere methodes waarmee exoplaneten opgespoord
kunnen worden. Een eerste, de astrometrische methode, is gebaseerd
op onderzoek van de baan van een ster en de tweede methode meet
variaties in de uitgezonden radiostraling van een ster. Met name
de astrometrische methode heeft voor enkele teleurstellingen gezorgd,
en vermits alle recente ontdekkingen uitgingen van spectroscopisch
onderzoek kan besloten worden dat de meeste onderzoekers deze piste
volgen.
Grote
verschillen met ‘ons’ zonnestelsel
Eerst en vooral dient te worden opgemerkt dat niet iedereen ervan
overtuigd is dat de schommelingen veroorzaakt zouden zijn door planeten.
Sommigen zijn er namelijk van overtuigd dat het veel waarschijnlijker
is dat het hier gaat om ‘bruine dwergen’, mislukte sterren waarvan
de massa te klein is om de nucleaire processen in de kern, die nodig
zijn om energie uit te stralen, op gang te brengen. Desondanks is
de consensus dat het toch om planeten gaat redelijk groot.
Uit verdere analyses van de schommeling kan men karakteristieken
van de exoplaneten proberen af te leiden. Het wekt waarschijnlijk
geen verwondering dat vooral grote planeten worden ontdekt, vermits
deze een grotere schommeling van de ster zullen veroorzaken. Standaard
wordt de massa van de ontdekte planeten dan ook uitgedrukt in Mj,
Jupiter Massa, gebaseerd op de grootste planeet -met een massa van
318 keer die van de aarde - van ons zonnestelsel. De kleinste totnogtoe
ontdekte planeet cirkelt rond HD83443 en heeft een massa die overeenkomt
met iets meer dan zeven keer die van de aarde. Niet iedereen is
er overigens van overtuigd dat de beperkingen opgelegd door de onderzoeksmethodes
er de oorzaak van zijn dat de vondst van een kleine planeet uitblijft.
Als een reuzeplaneet een kleinere planeet op slechts enkele AU’s
(Astronomische Eenheid: 1AU is 1 keer de afstand van de aarde tot
de zon) passeert dan is het zeer goed mogelijk dat de kleinere planeet
weggeslingerd wordt - net zoals ruimtetuigen als Voyager gebruik
maken van dat slingereffect om snelheid te winnen - veroordeeld
tot een eenzame en vooral erg koude zwerftocht in de interstellaire
ruimte. Dat dit niet in ons zonnestelsel gebeurd is zou een gevolg
kunnen zijn van een louter toevallige maar ideale verdeling van
de totale massa.
Het onderzoek naar de aard van de planeten, dat uiteraard ernstig
gehinderd wordt door een gebrek aan gegevens, bracht ook nog andere
opvallende afwijkingen van het ons best bekende planetenstelsel
aan het licht. Zo wentelen heel wat reuzeplaneten erg dicht om de
‘moederster’. Rond de ster HD38529 bv., cirkelt een planeet met
een massa van 0,77Mj op een afstand van 0,13 AU . Een ‘jaar’ duurt
op deze planeet slecht iets langer dan 14 dagen.
De meest opvallende vaststelling betreft echter de banen van deze
planeten. Deze zijn doorgaans erg excentrisch en dit in tegenstelling
met de bijna cirkelvormige banen die de planeten om onze zon volgen.
Dit heeft belangrijke gevolgen voor de meest tot de verbeelding
vraag die bij dit soort onderzoek al gauw wordt gesteld: is er leven
mogelijk op de exoplaneten? Als de planeet nu eens op dichtbij zijn
‘zon’ staat en op andere momenten op een veel grotere afstand, dan
heeft dat natuurlijk grote gevolgen voor de temperatuur op die planeet,
die dan erg grote fluctuaties zal vertonen. Dat is volgens sommigen
een grote handicap voor de ontwikkeling van organisch leven. Tot
vandaag werd er slechts één planeet ontdekt die een min of meer
cirkelvormige baan volgt, waardoor het erop lijkt dat banen waarin
de planeten op een min of meer stabiele afstand rond hun ‘zon’ draaien
eerder uitzondering dan regel zijn.
De
toekomst
De grote planeten die ontdekt zijn prikkelen de verbeelding, maar
verbleken bij de opwinding die zou ontstaan als naast de reeds ontdekte
gasreuzen ook kleinere, op de aarde gelijkende planeten ontdekt
zouden worden. De huidige wetenschappelijke stand van zaken verhindert
dat echter, het is immers nog niet mogelijk kleinere planeten op
te sporen. Wetenschappers moesten zich namelijk beperken tot het
gebruik van observatoria op aarde. In de nabije toekomst zou daar
verandering in kunnen komen. NASA plant de lancering van twee ruimtetelescopen
die specifiek op zoek zouden gaan naar planeten die overeenkomsten
met de aarde vertonen. In 2006 zou de Space Interferometry Missionvan
start moeten gaan, wat astronomen zou moeten helpen bij het opsporen
van ‘wiebelende’ sterren. Voor 2013 is een nog ambitieuzer project
gepland, het Terrestrial Planet Finder Projectmet apparatuur
om exoplaneten op te sporen, te fotograferen en de planetaire atmosferen
te bestuderen. We staan dus maar aan het begin van de exploratie
van extrasolaire sterrenstelsels, en het zouden wel eens erg opwindende
tijden kunnen worden. (DdV)
Related links:
De
Space
Interferometry Mission. Deze pagina is nog niet afgewerkt, maar
zal worden aangevuld naarmate het project vordert.
Informatie over de Terrestrial
Planet Finder Mission
Een dossier van
Scientific American over extrasolaire planeten uit 1996, met
links naar meer recente informatie.
Uitstekende informatie over het
doppler-effect
©
David de Vaal
