TESS ontdekt planeten in jonge stroom sterren
Astronomen hebben met behulp van de Transiting Exoplanet Survey Satellite van de NASA een drietal hete werelden ontdekt die groter zijn dan de Aarde en die in een baan rond een veel jongere ster dan de Zon draaien. Deze ster heet TOI 451 en bevindt zich in de recent gevonden Pisces-Eridanus stroom. Dit is een verzameling sterren met een leeftijd van minder dan 3% van ons zonnestelsel en die zich uitstrekt over ongeveer een derde van de sterrenhemel.
De planeten zijn gevonden op opnames van de TESS die tussen oktober en november 2018 werden gemaakt. In 2019 en 2020 werden er vervolgstudies uitgevoerd aan TOI 451 en zijn planeten en hiervoor maakten de astronomen gebruik van de Spitzer Space Telescope (die inmiddels is gepensioneerd) en verschillende observatoria op Aarde. Infraroodopnames uit het archief van de Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) die tussen 2009 en 2011 zijn gemaakt duiden op de aanwezigheid van een koele schijf van stof en gesteente. Andere waarnemingen tonen aan dat TOI 451 vermoedelijk twee stellaire begeleiders heeft die ver voorbij de planeten om elkaar heen draaien.
Het systeem is slechts ongeveer 120 miljoen jaar oud en het bevindt zich op een afstand van 400 lichtjaar waardoor gedetailleerde waarnemingen mogelijk zijn. Omdat er drie planeten aanwezig zijn met een grootte tussen twee en vier keer de Aarde is het ook een veelbelovend doel om theorieën over het ontstaan van planeetatmosferen te testen.
Een artikel met de bevindingen van de onderzoekers is onlangs gepubliceerd in The Astronomical Journal.
Stromen van sterren ontstaan als de zwaartekracht van ons sterrenstelsel sterrenhopen of dwergsterrenstelsels uit elkaar trekt. De afzonderlijke sterren blijven langs de oorspronkelijke baan van de groep bewegen en vormen zo een langgerekte groep sterren die geleidelijk uit elkaar valt.
De Pisces-Eridanus stroom werd in 2019 ontdekt in data van de Europese Gaia-missie. De stroom is vernoemd naar de sterrenbeelden waarin zich de grootste concentraties sterren bevinden. De stroom strekt zich uit over 14 sterrenbeelden en is ongeveer 1300 lichtjaar lang. In eerste instantie werd de leeftijd van de stroom ouder ingeschat dan astronomen nu denken.
Later in 2019 analyseerden astronomen van de Columbia universiteit in New York TESS-gegevens van tientallen leden van de stroom. Jonge sterren draaien sneller dan oudere sterren en ze hebben meestal ook de neiging om meer zonnevlekken te hebben. Zonnevlekken zijn koelere gebieden aan het oppervlak die daardoor donker lijken te zijn. Deze vlekken draaien met de ster mee en zorgen daarom voor kleine variaties in de helderheid van de ster en dat is iets dat TESS enorm goed kan meten.
De TESS-metingen leverden inderdaad een duidelijk bewijs voor de aanwezigheid van zonnevlekken en ook zagen de astronomen dat de sterren van de stroom heel snel draaien. Hieruit werd een leeftijd van slechts 120 miljoen jaar berekend. Die leeftijd komt ongeveer overeen met de leeftijd van de Pleiaden. De nieuwe leeftijd is ook ongeveer acht keer jonger dan eerdere berekeningen. De massa, leeftijd en nabijheid van de Pisces-Eridanus stroom biedt voor astronomen een unieke gelegenheid om het ontstaan en de evolutie van sterren en planeten te bestuderen.
Dankzij het grote bereik van TESS waren de metingen die nodig waren voor een zoektocht naar planeten bij leden van deze stroom sterren al beschikbaar toen de stroom werd herkend.
De jonge ster TOI 451 is ook bekend als CD-38 1467. De ster is ongeveer 400 lichtjaar van ons verwijderd en bevindt zich in het sterrenbeeld Eridanus. De ster heeft een massa van 0,95 zonsmassa en is ongeveer 12% kleiner dan de Zon. Ook is de ster een beetje koeler en zendt TOI 451 35% minder energie uit. TOI 451 draait iedere 5,1 dagen om zijn as en dat is meer dan vijf keer zo snel als de Zon.
TESS zoekt nieuwe planeten op door naar transities te kijken. Dit zijn de regelmatige helderheidsafnames van een ster als een planeet, van ons uit gezien, voorlangs beweegt. Transities van alle drie de planeten zijn duidelijk zichtbaar in de gegevens van TESS. De metingen zijn onderbouwd met waarnemingen van de inmiddels gepensioneerde Spitzer Space Telescope. Er zijn vervolgwaarnemingen gedaan vanaf de Las Cumbres sterrenwacht. Dit is een wereldwijd netwerk van telescopen waarvan het hoofdkwartier zich in Californië bevindt en de Perth Exoplanet Survey Telescope in Australië.
Zelfs de meest verre planeet van TOI 451 bevindt zich drie keer dichter bij de ster dan Mercurius zich bij de Zon bevindt. Het zijn dus allemaal hete werelden en ongeschikt voor leven zoals wij dat kennen. De temperaturen variëren van 1200 °C voor de binnenste planeet tot ongeveer 450 °C voor de buitenste planeet.
TOI 451 b draait iedere 1,9 dagen om de ster heen. Deze exoplaneet heeft een grootte van ongeveer 1,9 maal de Aarde en een massa tussen 2 en 12 maal de Aarde. De volgende planeet, TOI 451 c draait iedere 9,2 dagen om de ster heen. TOI 451 c heeft een grootte van drie maal de Aarde en een massa tussen 3 en 16 maal de Aarde. De verste en grootste planeet is TOI 451 d. Deze exoplaneet draait met een periode van 16 dagen om de ster heen en heeft een grootte van 4 maal de Aarde en een massa tussen 4 en 19 maal de Aarde.
Astronomen denken dat planeten van deze grootte, ondanks de intense hitte van hun nabije ster, een groot deel van hun atmosfeer kunnen behouden. Verschillende theorieën over hoe atmosferen in de tijd evolueren zorgen voor een grote spreiding in de eigenschappen. Door sterlicht waar te nemen dat door de atmosfeer van een exoplaneet heen ons bereikt kunnen astronomen daadwerkelijk de samenstelling bepalen en hun modellen verbeteren. De Hubble Space Telescope en zijn opvolger, de James Webb Space Telescope, zouden uitermate geschikt zijn om dit werk te verrichten.
Waarnemingen door de WISE laten ziend at het systeem op infrarode golflengtes tussen 12 en 24 micrometer extreem helder is. Deze golflengtes kan het menselijk ook niet zien. De helderheid wijst op de aanwezigheid van een stof/puinschijf. De grootte van de schijf is niet te bepalen maar de onderzoekers denken dat een dergelijke schijf zich uitstrekt tot een afstand die vergelijkbaar is met de afstand van Jupiter tot de Zon.
De onderzoekers onderzochten ook een zwakke naburige ster die op 2 pixels afstand van TOI 451 zichtbaar is. Uitgaande van gegevens van de GAIA is deze ster gravitationeel gebonden aan TOI 451. De afstand tussen de beide sterren bedraagt 27 lichtdagen. De onderzoekers denken dat het eigenlijk om een dubbelster bestaande uit twee rode dwergen gaat. Deze rode dwergen zouden elk een massa van 0,45 zonsmassa hebben en slechts 2% van de energie van de Zon uitstralen.
Eerste publicatie: 14 februari 2021
Bron: NASA’s Goddard Space Flight Center
