Et europeisk team av astronomer [1] har oppdaget den letteste kjente planeten som kretser rundt en annen stjerne enn solen (en "eksoplanett").
Den nye eksoplaneten går i bane rundt den lyse stjernen mu Arae som ligger i den sørlige alterkonstellasjonen. Det er den andre planeten som er oppdaget rundt denne stjernen og fullfører en full revolusjon på 9,5 dager.
Med en masse på bare 14 ganger jordens masse, ligger den nye planeten på terskelen til de største mulige steinete planetene, noe som gjør den til et mulig super jordlignende objekt. Uranus, den minste av solsystemets gigantiske planeter har en lignende masse. Uranus og den nye eksoplaneten skiller seg imidlertid så mye av avstanden fra vertsstjernen at deres formasjon og struktur sannsynligvis vil være veldig forskjellig.
Denne oppdagelsen ble muliggjort av den enestående nøyaktigheten til HARPS-spektrografen på ESOs 3,6-m-teleskop ved La Silla, som gjør det mulig å måle radielle hastigheter med en presisjon bedre enn 1 m / s. Det er nok en tydelig demonstrasjon av den europeiske ledelsen innen eksoplanettforskning.
En unik planetjaktmaskin
Siden den første deteksjonen i 1995 av en planet rundt stjernen 51 Peg av Michel Mayor og Didier Queloz fra Genève-observatoriet (Sveits), har astronomer erfart at solsystemet vårt ikke er unikt, da mer enn 120 gigantiske planeter som kretser rundt andre stjerner ble oppdaget mest ved radialhastighetsundersøkelser (jf. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01, og ESO PR 03/03).
Denne grunnleggende observasjonsmetoden er basert på deteksjon av variasjoner i hastigheten til den sentrale stjernen, på grunn av den endrede retningen til gravitasjonstrekket fra en (usett) eksoplanett når den går i bane rundt stjernen. Evalueringen av de målte hastighetsvariasjonene gjør det mulig å utlede planetens bane, spesielt perioden og avstanden fra stjernen, samt en minimumsmasse [2].
Den fortsatte jakten på eksoplaneter krever bedre og bedre instrumentering. I denne sammenheng tok ESO utvilsomt ledelsen med den nye HARPS-spektrografen (High precision Radial Velocity Planet Searcher) til 3,6-m teleskopet ved ESO La Silla Observatory (se ESO PR 06/03). Dette unike instrumentet ble tilbudt i oktober 2003 til forskningsmiljøet i medlemslandene i ESO, og er optimalisert for å oppdage planeter i bane rundt andre stjerner (“eksoplaneter”) ved hjelp av nøyaktige (radielle) hastighetsmålinger med en enestående presisjon på 1 meter per sekund .
HARPS ble bygget av et europeisk konsortium [3] i samarbeid med ESO. Allerede fra begynnelsen av driften har den vist sin meget høye effektivitet. Sammenlignet med CORALIE, en annen kjent planetjaktoptimalisert spektrograf installert på Swiss-Euler 1,2-m-teleskopet på La Silla (jfr. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), har de typiske observasjonstidene blitt redusert med en faktor hundre, og nøyaktigheten til målingene er økt med en faktor ti.
Disse forbedringene har åpnet nye perspektiver i jakten på ekstrasolplaneter og har satt nye standarder når det gjelder instrumentell presisjon.
Planetsystemet rundt mu Arae
Stjernen mu Arae ligger omtrent 50 lysår unna. Denne sollignende stjernen ligger i den sørlige stjernebildet Ara (alteret) og er lys nok (5. størrelse) til å bli observert med det uten hjelp.
Mu Arae var allerede kjent for å havnen i en Jupiter-størrelse planet med en 650 dagers omkretsperiode. Tidligere observasjoner antydet også tilstedeværelsen av en annen ledsager (en planet eller en stjerne) mye lenger unna.
De nye målingene astronomene har fått på dette objektet, kombinert med data fra andre hold, bekrefter dette bildet. Men som Fran? Ois Bouchy, medlem av teamet, sier: “Ikke bare bekreftet de nye HARPS-målingene det vi tidligere trodde visste om denne stjernen, men de viste også at en ytterligere planet på kort bane var til stede. Og denne nye planeten ser ut til å være den minste som ennå er oppdaget rundt en annen stjerne enn solen. Dette gjør mu Arae til et veldig spennende planetarisk system. ”
I løpet av 8 netter i juni 2004 ble mu Arae gjentatte ganger observert og dens radielle hastighet målt av HARPS for å få informasjon om stjernens indre. Denne såkalte astero-seismologiteknikken (se ESO PR 15/01) studerer de små akustiske bølgene som gjør at overflaten til stjernen periodisk pulserer inn og ut. Ved å kjenne den indre strukturen til stjernen, siktet astronomene mot å forstå opprinnelsen til den uvanlige mengden tunge elementer som ble observert i dens stjernestemning. Denne uvanlige kjemiske sammensetningen kan gi unik informasjon til planetformasjonshistorien.
Nuno Santos, et annet medlem av teamet, sier: "Til vår overraskelse avslørte analysen av de nye målingene en radial hastighetsvariasjon med en periode på 9,5 dager på toppen av det akustiske svingningssignalet!"
Denne oppdagelsen er blitt mulig takket være det store antall målinger som ble oppnådd under astero-seimologikampanjen.
Fra denne datoen ble stjernen, som også var en del av HARPS konsortiumundersøkelsesprogram, regelmessig overvåket med en nøye observasjonsstrategi for å redusere "seismisk støy" til stjernen.
Disse nye dataene bekreftet både amplituden og periodisiteten til radialhastighetsvariasjonene som ble funnet i løpet av de 8 nettene i juni. Astronomene satt igjen med bare en overbevisende forklaring på dette periodiske signalet: en andre planet kretser rundt mu Arae og oppnår en full revolusjon på 9,5 dager.
Men dette var ikke den eneste overraskelsen: fra radialhastighetsamplitude, det vil si størrelsen på vuggen indusert av tyngdekraften fra planeten på stjernen, avledet astronomene en masse for planeten på bare 14 ganger jordens masse. ! Dette handler om massen til Uranus, den minste av de gigantiske planetene i solsystemet.
Den nylig funnet eksoplaneten setter derfor ny rekord i den minste planeten som ble oppdaget rundt en solstjernestjerne.
På grensen
Massen på denne planeten plasserer den ved grensen mellom de veldig store jordlignende (steinete) planetene og gigantiske planetene.
Siden nåværende planetariske formasjonsmodeller fremdeles ikke er i stand til å gjøre rede for alt det fantastiske mangfoldet som er observert blant de ekstrasolære planetene som er oppdaget, kan astronomer bare spekulere i den virkelige gjenstandens sanne natur. I det nåværende paradigmet med gigantisk planetdannelse, dannes en kjerne først gjennom akkresjonen av solide “planetesimaler”. Når denne kjernen har nådd en kritisk masse, akkumuleres gass på en "løpende" måte, og planetenes masse øker raskt. I dette tilfellet er det lite sannsynlig at denne senere fase har skjedd for ellers ville planeten blitt mye mer massiv. Videre har nyere modeller som har vist at migrasjon forkorter dannelsestiden, er det lite sannsynlig at det nåværende objekt har vandret over store avstander og forblitt av så liten masse.
Dette objektet vil derfor sannsynligvis være en planet med en steinete (ikke en isete) kjerne omgitt av en liten (av størrelsesorden en tiendedel av den totale massen) gasshylster og vil derfor kvalifisere som en "superjord".
Ytterligere utsikter
HARPS-konsortiet, ledet av Michel Mayor (Genève-observatoriet, Sveits), har fått 100 observasjonsnetter per år i løpet av en femårsperiode ved ESO 3,6-m-teleskopet for å utføre et av de mest ambisiøse systematiske søk etter eksoplaneter så langt implementert verdensomspennende. For dette målet måler konsortiet gjentatte ganger hastigheter på hundrevis av stjerner som kan huse planetariske systemer.
Oppdagelsen av denne nye lysplaneten etter mindre enn ett års drift demonstrerer HARPS enestående potensiale for å oppdage steinete planeter på korte baner. Ytterligere analyse viser at ytelser oppnådd med HARPS muliggjør påvisning av store "telluriske" planeter med bare noen få ganger jordens masse. En slik evne er en stor forbedring sammenlignet med tidligere planetundersøkelser. Påvisning av slike steinete gjenstander styrker interessen for fremtidige transittdeteksjoner fra verdensrommet med oppdrag som COROT, Eddington og KEPLER som skal kunne måle radius deres.
Mer informasjon
Forskningen som er beskrevet i denne pressemeldingen er sendt til publisering til det ledende astrofysiske tidsskriftet "Astronomy and Astrophysics". En forhåndsutskrift er tilgjengelig som en postscript-fil på http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Merknader
[1]: Teamet er sammensatt av Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran? Ois Bouchy og Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Frankrike), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry, og Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Sveits), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Frankrike), Gaspare Lo Curto og Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Frankrike), Willy Benz og Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Sveits), og Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri re-le-Buisson, Paris, Frankrike) .
[2] En grunnleggende begrensning av metoden for radial hastighet er den ukjente for tilbøyeligheten til planetbanen som bare tillater bestemmelse av en nedre massegrense for planeten. Statistiske betraktninger indikerer imidlertid at den sanne masse i de fleste tilfeller ikke vil være mye høyere enn denne verdien. Masseenhetene for eksoplanetene som er brukt i denne teksten er 1 Jupitermasse = 22 uranmasser = 318 Jordmasser; 1 uranmasse = 14,5 jordmasser.
[3] HARPS er designet og bygget av et internasjonalt konsortium av forskningsinstitutter, ledet av Observatoire de Genève (Sveits) og inkludert Observatoire de Haute-Provence (Frankrike), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Sveits), Service d'Aeronomie (CNRS, Frankrike), samt ESO La Silla og ESO Garching.
Originalkilde: ESO News Release
