Buitenaards leven - exoplaneten

Waarom is planeet Janssen zo heet?

Nieuw onderzoek werpt licht hoe deze helse planeet zo duivels heet werd en hoe andere werelden te warm zouden kunnen worden voor leven. Die rotsachtige wereld, 55 Cancri e (Janssen) draait zo dicht om zijn ster dat een jaar er slechts 18 uur duurt. Het oppervlak is een gigantische lava-oceaan en het binnenste van de planeet kan boordevol diamanten zitten.

De ster Copernicus en zijn exoplaneet Janssen
Een diagram van de ster Copernicus (grote cirkel) uit een nieuwe studie waarin wordt onderzocht hoe de exoplaneet 55 Cancri e (Janssen en weergegeven door een zwarte stip) om zijn ster draait. Het onderzoek onthulde dat de baan van de planeet (schuine horizontale lijn) in grote lijnen is uitgelijnd met de evenaar van de ster. Deze nieuwe informatie is verkregen uit nauwkeurige metingen van het licht van de gastster. Terwijl Janssen tussen de ster en de Aarde beweegt daalt het gemeten sterlicht. De resulterende verandering in de waargenomen kleur van de ster hangt af van welke helft van de ster Janssen passeert. Door het Doppler-effect is het halfrond dat naar de Aarde draait iets blauwer, het tegenoverliggende halfrond dat wegdraait iets roder en het midden is ongewijzigd.

De nieuwe inzichten komend dankzij een nieuwe tool genaamd EXPRESS die ultra-precieze metingen vastlegde van het sterlicht dat schijnt vanaf de zon van Janssen, de ster 55 Cancri oftewel Copernicus in het sterrenbeeld Kreeft – Cancer. De lichtmetingen verschoven altijd een beetje toen Janssen tussen de Aarde en de ster bewoog (een effect vergelijkbaar met onze Maan die de Zon blokkeert tijdens een zonsverduistering).

Door die metingen te analyseren ontdekten astronomen dat Janssen rond Copernicus draait en dit doet langs de evenaar van de ster – in tegenstelling tot de andere planeten van Copernicus die zich op zulke verschillende banen bevinden dat ze de ster en de Aarde nooit kruisen. Dit schrijven onderzoekers in een artikel dat op 8 december verscheen in Nature Astronomy.

De implicatie is dat Janssen zich waarschijnlijk verder weg in een relatief koele baan heeft gevormd en in de loop van de tijd langzaam in de richting van Copernicus is gevallen. Toen Janssen dichterbij kwam veranderde de sterkere zwaartekracht van Copernicus de baan van de planeet.

De onderzoekers zeggen dat ze hebben geleerd hoe dit multi-planetensysteem – een van de systemen met de meeste planeten die men heeft gevonden – in zijn huidige staat is gekomen.

Zelfs in zijn oorspronkelijke baan was de planeet waarschijnlijk zo heet dat niets waarvan we weten dat het aan de oppervlakte zou kunnen bestaan heeft overleeft. Toch zouden de nieuwe bevindingen wetenschappers kunnen helpen beter te begrijpen hoe planeten zich in de loop van de tijd vormen en bewegen. Dergelijke informatie is van cruciaal belang om erachter te komen hoe gewoon aardachtige omgevingen in het heelal zijn en dus hoe overvloedig buitenaards leven er kan zijn.

Ons zonnestelsel is tenslotte de enige plek in het heelal waarvan we weten dat er leven bestaat. Het is ook zo plat als een pannenkoek – alle planeten draaien binnen een paar graden van elkaar, ontstaan uit dezelfde schijf van gas en stof. Toen missies voor het zoeken naar exoplaneten begonnen met het ontdekken van werelden rond verre sterren, vonden ze planeten die niet in een plat vlak rond hun gaststerren draaien. Dit riep vragen op of ons pannenkoekachtige zonnestelsel echt een zeldzaamheid is.

Het planetaire system van Copernicus, dat 40 lichtjaar verwijderd is van de Aarde, is van bijzonder belang gezien hoe goed bestudeerd en complex het is: vijf exoplaneten draaien om een hoofdreeksster (de meest voorkomende stercategorie) in een binair paar met een rode dwergster. In feite was Janssen de eerste “super-Aarde” die rond een hoofdreeksster werd ontdekt. Hoewel Janssen een vergelijkbare dichtheid heeft als de Aarde en waarschijnlijk rotsachtig is, is hij ongeveer 8 keer zo massief en twee keer zo groot.

Na zijn ontdekking en bevestiging werd Janssen het eerste bekende voorbeeld van een planeet met een ultrakorte periode. De baan van Janssen heeft een minimale straal van ongeveer 2 miljoen kilometer. (er vergelijking: die van Mercurius is 46 miljoen kilometer en die van de Aarde ongeveer 147 miljoen kilometer.) De baan van Janssen is zo nauw rond Copernicus dat aanvankelijk sommige astronomen aan het bestaan van de exoplaneet twijfelden.

Het bepalen van de baan van Janssen rond Copernicus zou veel over de geschiedenis van de planeet kunnen onthullen maar het doen van dergelijke metingen is ongelooflijk moeilijk. Astronomen hebben Janssen bestudeerd door de dip in de helderheid van Copernicus te meten telkens wanneer de planeet tussen de ster en de Aarde door beweegt.

Die  methode vertelt je niet in welke richting de planeet beweegt. Om dat te achterhalen maken astronomen gebruik van hetzelfde Doppler-effect dat wordt gebruikt in snelheidscamera’s. wanneer een lichtbron naar je toe beweegt is de golflengte van het licht dat je ziet korter (en dus blauwer). Wanneer het weg beweegt wordt de frequentie breder en is het licht naar het rood verschoven.

Terwijl Copernicus ronddraait, draait de helft van de ster naar ons toe en beweegt de andere helft van ons weg. Dat betekent dat de helft van de ster een beetje blauwer is en de andere helft iets roder (en de ruimte in het midden is niet verschoven). Dus astronomen kunnen de baan van Janssen volgen door te meten wanneer het licht van de rodere kant, de blauwere kant en het ongewijzigde middengedeelte blokkeert.

Het resulterende verschil in sterlicht is echter bijna onmetelijk klein. Teams hadden eerder geprobeerd maar konden het baanvlak van de planeet niet nauwkeurig bepalen. De doorbraak in het nieuwe onderzoek kwam van de Extreme PREcision Spectrometer (EXPRESS van de Lowell Discover Telescope van de Lowell sterrenwacht in Arizona, trouw aan zijn naam bood de spectrometer de precisie die nodig was om de kleine rode en blauwe verschuivingen van het licht waar te nemen.

De EXPRESS-metingen onthulden dat de baan van Janssen ongeveer uitgelijnd is met de evenaar van Copernicus. Die baan maakt Janssen uniek onder zijn broers en zussen.

Eerder onderzoek suggereert dat de nabije baan van de rode dwerg resulteerde in een verkeerde uitlijning van de planeten ten opzichte van Copernicus. In een nieuwe studie stellen de onderzoekers voor dat interacties tussen de hemellichamen Janssen naar zijn huidige helse locatie hebben verschoven. Toen Janssen Copernicus naderde werd de zwaartekracht van de ster steeds dominanter. Omdat Copernicus draait zorgde de middelpuntvliedende kracht ervoor dat het middengedeelte iets naar buiten uitpuilde en de boven- en onderkant plat werd. Die asymmetrie had invloed op de zwaartekracht die Janssen voelde waardoor de planeet op één lijn werd gebracht met de dikkere evenaar van de ster.

Nu de geschiedenis van Janssen is belicht willen de onderzoekers andere planetaire systemen bestuderen. Ze hopen planetaire systemen te vinden die vergelijkbaar zijn met het onze en om de systemen die ze kennen beter te keren begrijpen.

Artikel: Measured Spin-Orbit Alignment of Ultra-Short Period Super-Earth 55 Cancri e

Eerste publicatie: 12 december 2022
Bron: diverse persberichten, Spacedaily, Nature Astronomy