De Kepler-ruimtetelescoop heeft 20 nieuwe exoplaneten ontdekt die in een baan rond zwakke sterretjes draaien. Vijf daarvan bevinden zich in de bewoonbare zone. Dat wil zeggen, waar vloeibaar water en leven zelf kan zijn. Dat maakte het Kepler-team bekend tijdens een gezamenlijke bijeenkomst van de Planetary Research Division van de American Astronomical Society en het European Planetary Congress.
Nieuwe planeten ter grootte van de aarde, soms iets kleiner, soms groter, zoals Neptunus (deze worden superaarde genoemd). Ze zijn zelfs voor ons heel geschikt om daar te wonen, zonder te buigen door overmatige aantrekkingskracht en zonder vanuit buitengewone lichtheid de ruimte in te vliegen. Ze draaien rond heel kleine sterren - oranje en rode dwergen van de klassen K en M. Deze sterren zijn parasieten die wetenschappers ervan weerhouden iets belangrijks waar te nemen. Dus in elk geval noemde Courtney Dressing, de astronoom van Caltech die de ontdekking presenteerde, ze een naam.
Ze zijn inderdaad alomtegenwoordig: tot driekwart van de sterren in de Melkweg zijn rode dwergen. Ongeveer 250 zijn dichtbij, binnen 30 lichtjaar van onze zon (wat enorm is in vergelijking met hen, tien keer meer). Courtney zelf, jong en mooi, staat erop dat er gezocht wordt naar bewoonbare planeten in de buurt van zulke donkere sterren. Dit is de afgelopen jaren uitgegroeid tot wat nu een trend of mainstream wordt genoemd.
Dus rode dwergen. Zwakke sterren, die minder dan tien procent van de massa van de zon uitmaken, en hun fotosfeertemperatuur is 3500 kelvin en lager, wat bijna de helft is van die van de zon. Hypothetisch kunnen ze echter nog een biljoen jaar leven, wat verder gaat dan de horizon van de meest gewelddadige verbeelding. Het hele universum begon slechts 13,8 miljard jaar geleden. Gedurende deze tijd werden veel sterren geboren en stierven, en dwergen zijn van plan honderden keren langer te bestaan. Geen van de natuurkundigen zal zich ertoe verbinden te voorspellen wat er zo lang met de wereld zal gebeuren, maar als alles "zoals voorheen" blijft, kan er met grote waarschijnlijkheid leven in M-klasse sterren ontstaan. Indien nog niet bedacht.
Kepler-20f is een exoplaneet in een baan om de ster Kepler-20 in het sterrenbeeld Lyra. Massa - 0,66 aardmassa's. De baan is de vierde van de moederster. Een jaar op de planeet duurt 19 aardse dagen
Foto: NASA / Kepler-missie
In de zoektocht naar buitenaards leven wisselen de hoop van aardbewoners elkaar af met teleurstellingen. Niemand schrijft berichten naar de aardse geest vanuit het buitenaardse, nergens zien we duidelijke sporen van zelfs primitieve organismen. Hoop voor Mars - bijna gestopt. Nu hopen we op Europa, de maan van Jupiter. Maar bovenal is hoop natuurlijk in exoplaneten (planeten die in een baan om een ster draaien die niet de zon is).
Promotie video:
De eerste exoplaneet werd in 1990 ontdekt door de Poolse astronoom Alexander Wolschan. Hij berekende dat een van de neutronensterren twee planeten heeft die groter zijn dan de aarde: de ene 3,4 keer, de andere 2,8. Sindsdien zijn er veel planeten ontdekt in de buurt van andere sterren, en tegenwoordig zijn er, samen met kandidaten (nog niet bevestigde signalen), ongeveer vijfduizend van hen bekend.
Wat is dan de sensatie? Het feit dat verschillende planeten zowel aardachtig van grootte als in de bewoonbare zone bleken te zijn. Zulke ontdekkingen zijn nog steeds zeldzaam, hoewel het gevoel bestaat dat het hier is, is begonnen. In de zomer werd bijvoorbeeld een aardachtige planeet gevonden in de buurt van de dichtstbijzijnde ster: de rode dwerg Proxima Centauri. Het werd berekend op basis van waarnemingen op het La Silla-observatorium in Chili.
Maar de Kepler-telescoop blijft de belangrijkste leverancier van nieuws over werelden buiten het zonnestelsel. Waarom is hij onlangs begonnen met het vinden van zoveel planeten ter grootte van de aarde en superaarde? Roman Rafikov, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Cambridge (VK) en het Institute for Advanced Study (Princeton, VS) beantwoordde deze vraag in ons tijdschrift:
- Ik zou niet zeggen dat dit een recente trend is. Kepler opende ze bijna vanaf het begin van de missie, en dit is al vijf jaar. Hij was natuurlijk de eerste die grote planeten zoals Jupiter vond, die het sterkste signaal afgeven als ze over de schijf van de ster gaan. Het doorvoersignaal van een planeet als de aarde is aanzienlijk, eenmaal per 100, zwakker, daarom moet je voor dergelijke gebeurtenissen veel doorvoeringen volgen om statistieken te verzamelen. Het kostte wat tijd, maar vanaf het allereerste begin van de missie gaf Kepler planeten uit zoals Neptunus en vergelijkbaar in grootte met de aarde.
Onderdeel van het optische systeem van de Kepler-ruimtetelescoop
Foto: NASA / Kepler-missie
Waarnemingen van sterren met een massa kleiner dan de zon zijn goed omdat tijdens het transport een kleine planeet een groter deel van de schijf van de ster bedekt dan tijdens het passeren van een ster als de zon. De relatieve afname van de helderheid van de ster is namelijk een signaal tijdens het transport. Daarom is het altijd gemakkelijker om zelfs kleine planeten daar te vinden. Er zijn speciale projecten, bijvoorbeeld MEarth, die gespecialiseerd zijn in dergelijke systemen.
Is daar leven? De vraag in de huidige onderzoeksfase is in tweeën gedeeld. Ten eerste: is het daar in principe mogelijk? Ten tweede: kunnen we het detecteren?
Laten we beginnen met de eerste. De bewoonbare zone is een nogal primitief concept. Het is alleen het gebied rond de ster waarin water op het planeetoppervlak in vloeibare vorm kan bestaan. Niet te dichtbij om het water in stoom te laten veranderen, en niet te ver weg om te bevriezen. Als er water is, vinden er biochemische reacties plaats in de cellen. We hebben dit concept geïntroduceerd om de simpele reden dat we geen ander leven hebben gezien dan het aardse. Daarom zoeken we een vergelijkbare.
Rode dwergen zijn vage, koude sterren. Hun bewoonbare zone is veel dichterbij dan die van de zon. Als we daar woonden, zou de aarde in de baan van Mercurius moeten bewegen om voldoende warmte te krijgen. En er zouden problemen zijn. Het meest voor de hand liggende is straling: röntgenstralen, krachtige fakkels. Alleen de atmosfeer en, in het geval van fakkels, het magnetische veld kunnen hiertegen bescherming bieden.
Een ander probleem is de zwaartekracht van een nabijgelegen armatuur. Zijn getijdekrachten kunnen de rotatie van de planeet vertragen op dezelfde manier als de aarde de maan vertraagde (daarom is onze satelliet altijd een kant naar ons gericht). Dan zou er aan de ene kant van de planeet altijd een hete dag zijn en aan de andere kant een bevroren kosmische nacht. Dergelijke omstandigheden dragen natuurlijk niet bij aan het ontstaan van leven, maar er is een optie wanneer de planeet in resonantie valt met de zwaartekracht van de ster en nog steeds draait, zoals gebeurde met Mercurius. Het derde probleem is de sterrenwind: stromen van geladen deeltjes die uit een rode dwerg ontsnappen, kunnen de atmosfeer eenvoudig de ruimte in blazen gedurende miljarden jaren.
De planeet Proxima b draait om de ster van Proxima Centauri in de bewoonbare zone
Foto: ESA / Hubble & NASA
Er zijn modellen om deze moeilijkheden te omzeilen. En aangezien er modellen zijn, kunnen ze ergens in de Melkweg worden gerealiseerd. Zeker als je kijkt naar het aantal kleine sterren en planeten eromheen (volgens moderne schattingen zijn er tientallen, zo niet honderden miljarden).
Laten we zeggen dat er leven is op een van deze planeten, wat in biochemie vergelijkbaar is met de aarde. Wat zijn de tekenen om het te vinden? Het antwoord is dit: bewijs eerst de aanwezigheid van vloeibaar water en een atmosfeer, en zoek vervolgens naar biomarkers, waarvan de eerste vrije zuurstof is. Feit is dat zuurstof in de atmosfeer bijna uitsluitend kan verschijnen als gevolg van fotosynthese door levende organismen. Fysische en chemische processen creëren het natuurlijk ook, maar niet in dergelijke hoeveelheden. Er moet aan verschillende voorwaarden worden voldaan om dit gas als vanzelf te laten verschijnen. Over het algemeen neemt de kans op bewoonbaarheid enorm toe als er zuurstof in de atmosfeer is. Tot dusver zijn dergelijke planeten niet gevonden. Is het in principe mogelijk om hun atmosferen te bestuderen? Vandaar - met aardse telescopen en nabije ruimteobservatoria?
"Iets, zo blijkt, is nu al mogelijk", zegt Roman Rafikov. - Het onlangs ontdekte TRAPPIST-1-systeem bevat bijvoorbeeld drie planeten met een grootte in de orde van de aarde, die in korte banen - anderhalf en twee dagen voor twee binnenplaneten - rond een dwergster draaien. Zijn massa is 8%, en zijn straal is 11% van de zon, de helderheid is 2000 keer minder dan die van de zon. In dit geval is de ster 40 lichtjaar van ons verwijderd, heel dichtbij.
Onlangs heeft een internationaal team van onderzoekers de Hubble Space Telescope gebruikt om de atmosferen van deze planeten te bestuderen met behulp van transmissiespectroscopie. Bij deze methode worden observaties uitgevoerd tijdens het transport - de absorptie van sterlicht in de atmosfeer van de planeet op golflengten die overeenkomen met de chemische elementen erin, wordt gemeten. Dit is een zeer moeilijke waarneming omdat er slechts een klein deel van de atmosfeer in de ledemaat van de planeet bij betrokken is. Om het signaal te versterken, wachtten de waarnemers in dit geval totdat beide binnenplaneten - die in de bewoonbare zone zitten - tegelijkertijd door de schijf van de ster gingen. Hun gecombineerde signaal werd gemeten. Goed idee.
Het resultaat toonde aan dat deze planeten geen uitgebreide waterstofatmosferen kunnen bevatten zonder wolken. Maar er blijven andere mogelijkheden - bijvoorbeeld een sterk bewolkte atmosfeer zoals de Venusiaanse of een atmosfeer van waterdamp. De mogelijkheden voor verder onderzoek van dit planetaire systeem zijn dus enorm.
In de toekomst zal de nieuwe Amerikaanse infraroodtelescoop JWST (James Webb Space Telescope, die naar verwachting in 2018 operationeel zal zijn) dergelijke waarnemingen min of meer routineus maken.
Goed? We houden onze vuisten. We wachten.
Spiegels van de ruimtetelescoop JWST (James Webb Space Telescope)
Foto: NASA