Hebben astronomen de eerste exomaan gevonden?

Exomaan bij planeet Kepler-1625b
Artist impression van de exoplaneet Kepler-1625b met zijn grote hypothetische exomaan. Het stel heeft een vergelijkbare verhouding van massa en straal als het Aarde-Maan-systeem alleen een factor elf groter.
Credit: Dan Durda

Astronomen hebben met behulp van de Kepler Space Telescope en de Hubble Space Telescope vermoedelijk bewijs gevonden voor het bestaan van een maan met de grootte van Neptunus die in een baan om de planeet Kepler-1625b draait. Dit is een planeet met de grootte van Jupiter die zich op een afstand van ongeveer 8000 lichtjaar van de Aarde bevindt.

De astronomen hebben hun best gedaan om mogelijke fouten in de waarnemingen veroorzaakt door afwijkingen in de telescopen, andere planeten of activiteit van de ster uit te sluiten. De enige verklaring die ze kunnen vinden voor de gegevens die ze hebben is de aanwezigheid van een exomaan maar ze benadrukken dat de waarnemingen nog niet hebben geleid tot een definitief bewijs voor het bestaan van die exomaan.

De astronomen hopen dat ze de kans krijgen om in de toekomst de ster nogmaals waar te nemen zodat ze de hypothese van de exomaan verder kunnen onderzoeken. Als ze inderdaad dan het bestaan van een planeet-maan systeem kunnen bevestigen, een Jupiter met een Neptunusachtige maan, dan hebben ze een opmerkelijk systeem ontdekt met totaal onverwachte eigenschappen dat in veel opzichten doet denken aan de onverwachte ontdekking van hete Jupiters van enkele jaren geleden.

Op jacht naar exomanen

De nieuwe resultaten zijn afkomstig van een gecoördineerde jacht op exomanen waarbij gebruik wordt gemaakt van de data van de Kepler Space Telescope die ongeveer 70% van de 3800 bekende exoplaneten heeft ontdekt. Kepler vindt deze planeten met behulp van de transitiemethode waarbij de telescoop kijkt naar kleine periodieke dipjes in de helderheid van de ster die worden veroorzaakt doordat een planeet voorlangs de ster beweegt.

Eerder onderzoek had gesuggereerd dat grote (en daardoor waarneembare) exomanen zeldzaam zullen zijn rond grote planeten die in een nauwe baan om hun ster draaien. Dergelijke manen zouden hoogstwaarschijnlijk verloren zijn gegaan tijdens de binnenwaartse beweging die deze planeten na hun ontstaan maakten in hun sterstelsel.

Het onderzoeksteam bestudeerde daarom waarnemingen van de Kepler van 284 planeten met een relatief wijde baan om hun ster, dat wil zeggen, platen die minstens 30 dagen nodig hebben om eenmaal om hun ster te draaien. Bij de transitie van de planeet Kepler-1625b bemerkten ze rare afwijkingen in de lichtcurve op. Kepler-1625b draait met een periode van 19 dagen om zijn ster heen. De planeet heeft een massa van ongeveer 3 *Jupiter en draait om een ster die vergelijkbaar is met onze Zon.

Ze schreven in voor waarnemingstijd met de Hubble Space Telescope en ze kregen 40 uur toegewezen. In oktober 2017 konden ze nogmaals een transitie waarnemen en ze zagen toen twee afwijkingen. De eerste afwijking betreft het feit dat de planeet 1,5 uur eerder voor de ster langs trekt dan verwacht en dit duidt erop dat er iets met zwaartekracht aan de planeet trekt. De tweede afwijking was een tweede afname van de helderheid van de ster nadat de planeet zijn transitie had voltooid. Een maan die om Kepler-1625b draait is hiervoor de beste verklaring. Er zijn geen aanwijzingen dat er een andere planeet in het systeem aanwezig is die aan Kepler-1625b kan trekken. Bovendien past de tweede afname in de lichtcurve bij een maan die tijdens de transitie zijn planeet volgt.

Een erg grote maan

De waarnemingen van de Kepler en de Hubble zijn gecombineerd met wat rekenwerk en dat suggereert dat de maan de grootte moet hebben van Neptunus en een massa van 1,5 * de massa van Kepler-1625b. Vooral dat laatste wijst volgens de astronomen op de aanwezigheid van een maan.

Volgens het onderzoeksteam is de verhouding tussen de twee massa’s bepalend om het tweede object als een maan te betitelen en het systeem niet als een dubbelplaneet te benoemen. Dan lijkt het te gaan om een enorm grote maan maar als we kijken naar de verhoudingen binnen ons eigen Aarde-Maan-systeem dan ligt die ook op 1,2 procent.

De beoogde exomaan draait op een afstand van ongeveer 3 miljoen kilometer om zijn planeet heen. Dat is ongeveer 8 maal verder dan de Maan om de Aarde draait. Maar omdat de exomaan zo groot is verschijnt hij twee keer groter aan de hemel van Kepler-1625b dan onze eigen maan.

Astronomen kennen drie belangrijke methodes waarop manen ontstaan: ze worden door middel van de zwaartekracht ingevangen. Dit is mogelijk gebeurd met Triton, de grootste maan van Neptunus. Manen kunnen ook ontstaan door hele grote inslagen in de tijd dat het zonnestelsel nog in ontwikkeling is. Dit is bijvoorbeeld vermoedelijk gebeurd met onze eigen Maan. Ook kunnen manen ontstaan doordat in het jonge zonnestelsel materiaal dat om pas ontstane planeten draait gaat samenklonteren.

De grote exomaan is vermoedelijk niet ingevangen of ontstaan door een grote inslag. De meest logische verklaring is dat de maan is ontstaan uit materiaal dat is gaan samenklonteren uit de schijf van materiaal dat om de planeet draaide. Dit is vergelijkbaar met het ontstaan van de vier grootste manen van Jupiter.

Kepler-1625b draait vermoedelijk in de bewoonbare zone van zijn ster. Dit is de afstand waarop er aan het oppervlak van een planeet vloeibaar water kan voorkomen. Maar de maan is zo groot dat die bijna zeker gasvormig is en dus geen vast oppervlak zal hebben. Deze maan is dus bijna zeker ongeschikt voor leven.

Dat geldt vermoedelijk ook voor de planeet want de ster waar Kepler-1625b om heen draait lijkt dan wel op onze Zon maar is ondertussen wel 10 miljard jaar oud. Dat is twee keer zo oud als onze Zon. Deze ster is dus al veel verder in zijn levenscyclus en zal vermoedelijk een stuk warmer en minder stabiel zijn dan onze Zon.

Dit alles leidt tot de mogelijkheid dat de beoogde exomaan helemaal niet zoveel massa heeft als in eerste instantie lijkt. Als gevolg van de straling van de ster kan de exomaan zijn ontgast. Enkele modellen die zijn opgesteld wijzen inderdaad op een massa die in de buurt komt van de massa van de Aarde. Het zijn echter allemaal speculaties want er is helemaal geen rechtstreeks bewijs van wat er in het verleden allemaal met de planeet is gebeurd.

Bewijzen

De exomaan blijft nog steeds een beoogde exomaan; het object is niet m.b.v. een rechtstreekse waarneming bevestigd. Met meer waarnemingen zou dit in de toekomst wel snel kunnen gebeuren. Dit zou met enkele aanvullende waarnemingen van een transitie kunnen gebeuren.

Als die waarnemingen worden bevestigd dan is het voor de astronomen wel duidelijk. Het onderzoeksteam hoop dat ze meer waarneemtijd kunnen krijgen met de Hubble Telescope. Waarnemingen met grote telescopen vanaf de Aarde zijn geen optie omdat de rotatie van de Aarde het onmogelijk maakt om de volledige transitie van Kepler-1625b en zijn ster te volgen.

Het onderzoek werd op 3 oktober 2018 gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances. (pdf-bestand)

 

Eerste publicatie: 4 oktober 2018
Bron: diverse persberichten, NASA, Hubble