Als je op een heldere nacht naar de hemel kijkt, kun je er zeker van zijn wat onze voorouders niet eens vermoedden: ten minste één planeet draait om bijna elke ster.
Werelden in de banen van andere sterren worden "exoplaneten" genoemd en variëren van gigantische gasreuzen groter dan Jupiter tot kleine rotsachtige planeten zoals de aarde of Mars. Verre planeten kunnen heet genoeg zijn om metaal op hun oppervlak te laten smelten, of als ijzige sneeuwballen. Velen van hen draaien zo snel en dicht rond hun sterren dat hun jaar verscheidene aardse dagen duurt. Sommigen hebben misschien twee zonnen. Er zijn zwervers die uit hun systemen worden verdreven, degenen die in het donker door de melkweg dwalen.
De Melkweg is een enorme familie van sterren met een omvang van ongeveer 100.000 lichtjaar. De spiraalvormige structuur bevat ongeveer 400 miljard inwoners, en onze zon is daar een van. Als elk van deze sterren niet één planeet in zijn baan heeft, maar meerdere, zoals in het zonnestelsel, dan is het aantal werelden in de Melkweg gewoon astronomisch: de telling loopt op tot triljoenen.
De sterrenstelsels die in de Melkweg leven. Krediet: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
De mensheid heeft eeuwenlang nagedacht over de mogelijkheid van het bestaan van planeten rond verre sterren, en nu zeggen we met vertrouwen dat er buitenzonnewerelden bestaan. Onze naaste buur, Proxima Centauri, heeft onlangs een rotsachtige planeet ontdekt, en hij is waarschijnlijk niet de enige. De afstand ernaar is ongeveer 4,5 lichtjaar of 40 biljoen kilometer. De meeste van de gevonden exoplaneten bevinden zich echter honderden of duizenden lichtjaren verwijderd.
Slecht nieuws: we hebben nog geen manier om ze te bereiken. Het goede nieuws is dat we ernaar kunnen kijken, de temperatuur kunnen meten, de atmosfeer kunnen 'voelen' en misschien binnenkort tekenen van leven kunnen ontdekken die verborgen zijn in het zwakke licht van deze verre werelden.
De eerste exoplaneet die de wereldarena betrad was 51 Pegasi b, een "hete Jupiter" op 50 lichtjaar afstand, die in 4 aardse dagen om een ster draait. Het keerpunt waarna planeten buiten de zon gemeengoed werden, kwam in 1995.
Artistieke weergave van hete jupiter. Krediet: ESO.
Promotie video:
Vóór 51 Pegasi b waren er verschillende kandidaten. De exoplaneet die tegenwoordig bekend staat als Tadmor, werd ontdekt in 1988. Hoewel het bestaan ervan in 1992 in twijfel werd getrokken vanwege onvoldoende bewijs, bevestigden tien jaar later aanvullende waarnemingen dat een planeet rond Gamma Cepheus A draaide. Toen, in 1992, werd een systeem van "pulsarplaneten" ontdekt. Deze werelden draaien rond een dode ster, de pulsar PSR 1257 + 12, die 2300 lichtjaar van de aarde verwijderd is.
We leven nu in een universum van exoplaneten. Hun aantal neemt voortdurend toe, en op dit moment heeft het aantal bevestigde planeten buiten het zonnestelsel de grens van 3700 overschreden, maar in het volgende decennium kan het schema oplopen tot tienduizenden.
Hoe zijn we hiertoe gekomen?
We staan aan de vooravond van grote ontdekkingen. Het tijdperk van vroege verkenning en de eerste bevestigde exoplaneten vormden de weg voor de volgende fase: de jacht op verre werelden met meer "waakzame" en geavanceerde telescopen in de ruimte en op aarde. Sommigen van hen hadden de taak een nauwkeurige volkstelling uit te voeren, waarbij de verschillende grootten en soorten exoplaneten werden berekend. Anderen onderzoeken individuele werelden, hun atmosfeer en hun potentieel om in leven te blijven.
Directe visualisatie van exoplaneten, dat wil zeggen hun werkelijke beelden, spelen een steeds belangrijkere rol, hoewel wetenschappers het huidige kennisniveau voornamelijk met indirecte middelen hebben bereikt. De twee belangrijkste methoden zijn wiebelen en verduisteren.
Animatie samengesteld uit beelden van vier enorme exoplaneten die in een baan om de jonge ster HR 8799 draaien. Credit: Jason Wang / Christian Marois.
De eerste is gebaseerd op het vaststellen van verschillende oscillaties van sterren onder invloed van de zwaartekracht van een in een baan om de aarde draaiende planeet. Deze afwijkingen kenmerken de massa van de exoplaneet. De methode maakte het mogelijk om de eerste kandidaten te bevestigen, waaronder 51 Pegasi b, en in totaal werden door het meten van de radiale snelheid ongeveer 700 werelden ontdekt.
Maar de overgrote meerderheid van exoplaneten wordt gevonden met de transitmethode, die is gebaseerd op het vastleggen van een ongelooflijk kleine druppel in de helderheid van een ster wanneer een planeet zijn schijf passeert. Deze zoekstrategie geeft de grootte van het object aan. NASA's Kepler Space Telescope, gelanceerd in 2009, heeft op deze manier ongeveer 2700 bevestigde exoplaneten gevonden. Hij is tot op de dag van vandaag nog steeds nieuwe werelden aan het ontdekken, maar helaas zal zijn jacht snel eindigen omdat de brandstof opraakt.
Elke methode heeft zijn eigen voor- en nadelen. Het meten van de radiale snelheid geeft de massa van de planeet weer, maar geeft geen informatie over de diameter. De doorvoer spreekt over de grootte van de extrasolaire wereld, maar laat niet toe om de massa te bepalen.
Maar als verschillende methoden samen worden gebruikt, kunnen we belangrijke gegevens over het planetaire systeem verkrijgen zonder directe visualisatie. Het beste voorbeeld is TRAPPIST-1, op ongeveer 40 lichtjaar afstand, waarin zeven planeten ter grootte van de aarde rond een kleine rode dwerg draaien.
Planeten in een baan om de ultrakoude rode dwerg TRAPPIST-1 in vergelijking met de aarde. Krediet: ESO / M. Kornmesser.
De TRAPPIST-1-familie is bestudeerd met grond- en ruimtetelescopen. Onderzoek heeft niet alleen de diameters van zeven dicht opeengepakte planeten aangetoond, maar ook hun subtiele gravitatie-interactie met elkaar. Nu we hun massa en diameter kennen, kunnen we de temperatuur aan het oppervlak schatten en zelfs de kleur van de lucht op elk ervan raden. Hoewel er nog veel onbekend is over deze zeven planeten, inclusief of ze bedekt zijn met oceanen of een korst van ijs, is TRAPPIST-1 het meest bestudeerde sterrenstelsel geworden naast het onze.
Wat is het volgende?
De volgende stap is een nieuwe generatie ruimtetelescopen. Allereerst TESS, dat op 16 april 2018 wordt gelanceerd. Dit moderne instrument zal een bijna volledig onderzoek uitvoeren van nabije heldere sterren op zoek naar planeten die doorreizen.
TESS selecteert de beste kandidaten voor nadere inspectie door de James Webb Space Telescope, die in 2020 de ruimte in gaat. De opvolger van de Hubble, met zijn enorme spiegel, zal het licht rechtstreeks van de planeten zelf opvangen, dat vervolgens kan worden ontbonden in een spectrum, een soort streepjescode die aangeeft welke gassen aanwezig zijn in de atmosfeer van de exoplaneet. De belangrijkste doelen van de telescoop zullen "superaarde" zijn.
"Hunter" voor exoplaneten TESS. Krediet: NASA.
Er is weinig bekend over deze klasse van extrasolaire werelden vandaag, ook of ze bewoonbaar zijn. De reden hiervoor is het ontbreken van analogen van de superaarde in het zonnestelsel. Als we geluk hebben, vertoont een van hen tekenen van zuurstof, kooldioxide en methaan in de atmosfeer. De jacht op de atmosfeer van planeten ter grootte van de aarde zal echter moeten worden uitgesteld tot de volgende generatie ruimtetelescopen in de jaren 2030.
Dankzij de Kepler-telescoop weten we nu dat de sterren boven ons omgeven zijn door planeten. En we kunnen niet alleen zeker zijn van een grote verscheidenheid aan exoplanetaire buren, maar ook dat het avontuur nog maar net begint.
Roman Zakharov
