Et europæisk team af astronomer [1] har opdaget den letteste kendte planet, der kredser om en anden stjerne end solen (en "eksoplanet").
Den nye exoplanet kredser om den lyse stjerne mu Arae, der ligger i den sydlige alterkonstellation. Det er den anden planet opdaget omkring denne stjerne og afslutter en fuld revolution på 9,5 dage.
Med en masse på kun 14 gange jordens masse ligger den nye planet på tærsklen for de største mulige klippeplaneter, hvilket gør den til et muligt super Jordlignende objekt. Uranus, den mindste af solsystemets gigantiske planeter har en lignende masse. Uranus og den nye exoplanet adskiller sig imidlertid så meget efter deres afstand fra værtsstjernen, at deres dannelse og struktur sandsynligvis vil være meget forskellige.
Denne opdagelse blev muliggjort af den hidtil uset nøjagtighed af HARPS-spektrograf på ESOs 3,6-m-teleskop ved La Silla, som gør det muligt at måle radiale hastigheder med en præcision bedre end 1 m / s. Det er en anden tydelig demonstration af den europæiske ledelse inden for eksoplanetforskning.
En unik planetjagtmaskine
Siden den første detektion i 1995 af en planet omkring stjernen 51 Peg af Michel Mayor og Didier Queloz fra Genève-observatoriet (Schweiz), har astronomer lært, at vores solsystem ikke er unikt, da mere end 120 gigantiske planeter, der kredsede om andre stjerner, blev opdaget mest ved radialhastighedsundersøgelser (jf. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 og ESO PR 03/03).
Denne grundlæggende observationsmetode er baseret på påvisning af variationer i hastigheden af den centrale stjerne på grund af den ændrede retning af tyngdekraften fra en (uset) exoplanet, når den kredser om stjernen. Evalueringen af de målte hastighedsvariationer gør det muligt at udlede planetens bane, især perioden og afstanden fra stjernen samt en minimumsmasse [2].
Den fortsatte søgen efter eksoplaneter kræver bedre og bedre instrumentering. I denne sammenhæng tog ESO utvivlsomt ledelsen med den nye HARPS-spektrograf (High precision Radial Velocity Planet Searcher) for 3,6 m-teleskopet ved ESO La Silla-observatoriet (se ESO PR 06/03). Dette unikke instrument blev tilbudt i oktober 2003 til forskersamfundet i ESO-medlemslandene og er optimeret til at detektere planeter i kredsløb omkring andre stjerner ("eksoplaneter") ved hjælp af nøjagtige (radiale) hastighedsmålinger med en enestående præcision på 1 meter per sekund .
HARPS blev bygget af et europæisk konsortium [3] i samarbejde med ESO. Allerede fra starten af sin drift har det vist sin meget høje effektivitet. Sammenlignet med CORALIE, en anden velkendt planetjagtoptimeret spektrograf installeret på Swiss-Euler 1,2-m-teleskopet ved La Silla (jf. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), er de typiske observationstider reduceret med en faktor hundrede, og målingernes nøjagtighed er øget med en faktor ti.
Disse forbedringer har åbnet nye perspektiver i søgningen efter planter uden for solenergi og har sat nye standarder med hensyn til instrumentel præcision.
Planetsystemet omkring mu Arae
Stjernen mu Arae er omkring 50 lysår væk. Denne sollignende stjerne er beliggende i den sydlige stjernebilledet Ara (alteret) og er lys nok (5. størrelse) til at blive observeret med det uhjælpede øje.
Mu Arae var allerede kendt for at have en Jupiter-planet i en størrelse på 650 dage. Tidligere observationer antydede også tilstedeværelsen af en anden ledsager (en planet eller en stjerne) langt længere væk.
De nye målinger, der er opnået af astronomerne på dette objekt, kombineret med data fra andre hold, bekræfter dette billede. Men som Fran? Ois Bouchy, medlem af teamet, siger: ”Ikke kun bekræftede de nye HARPS-målinger, hvad vi tidligere troede at vidste om denne stjerne, men de viste også, at en yderligere planet på kort bane var til stede. Og denne nye planet ser ud til at være den mindste endnu opdagede omkring en anden stjerne end solen. Dette gør mu Arae til et meget spændende planetarisk system. ”
I løbet af 8 nætter i juni 2004 blev mu Arae gentagne gange observeret, og dens radiale hastighed målt af HARPS for at få information om det indre af stjernen. Denne såkaldte astero-seismologi teknik (se ESO PR 15/01) studerer de små akustiske bølger, der får stjernens overflade periodisk til at pulse ind og ud. Ved at kende stjernens indre struktur sigtede astronomerne på at forstå oprindelsen af den usædvanlige mængde tunge elementer, der blev observeret i dens stjernestemning. Denne usædvanlige kemiske sammensætning kunne give unik information til planetdannelseshistorien.
Nuno Santos, endnu et teammedlem, siger: "Til vores overraskelse afslørede analysen af de nye målinger en radial hastighedsvariation med en periode på 9,5 dage oven på det akustiske svingningssignal!"
Denne opdagelse er blevet muliggjort takket være det store antal målinger, der blev opnået under astero-seimologikampagnen.
Fra denne dato blev stjernen, der også var en del af HARPS konsortiumundersøgelsesprogram, overvåget regelmæssigt med en omhyggelig observationsstrategi for at reducere stjernens "seismiske støj".
Disse nye data bekræftede både amplituden og periodiciteten af de variationer i radial hastighed, der blev fundet i løbet af de 8 nætter i juni. Astronomerne havde kun én overbevisende forklaring på dette periodiske signal: En anden planet kredser rundt om Ara Arae og gennemfører en fuld revolution på 9,5 dage.
Men dette var ikke den eneste overraskelse: Fra den radiale hastighedsamplitude, det vil sige størrelsen på den vuggel, der er induceret af planetens tyngdekraft på stjernen, afledte astronomerne en masse for planeten på kun 14 gange jordens masse ! Dette handler om massen af Uranus, den mindste af kæmpe planeterne i solsystemet.
Den ny fundne exoplanet sætter derfor en ny rekord på den mindste planet opdaget omkring en solstjernet stjerne.
Ved grænsen
Massen på denne planet placerer den ved grænsen mellem de meget store jordlignende (klippefyldte) planeter og gigantiske planeter.
Da de nuværende planetariske dannelsesmodeller stadig langt fra er i stand til at redegøre for al den forbløffende mangfoldighed, der er observeret blandt de opdagede ekstrasolære planeter, kan astronomer kun spekulere om den aktuelle genstands sande natur. I det nuværende paradigme med gigantisk planetdannelse dannes en kerne først gennem akkretionen af solide ”planetesimaler”. Når denne kerne når en kritisk masse, akkumuleres gas på en "løbsk" måde, og planetens masse stiger hurtigt. I det foreliggende tilfælde er det ikke sandsynligt, at denne senere fase er sket, for ellers ville planeten være blevet meget mere massiv. Endvidere har nylige modeller, der har vist, at migration forkorter dannelsestiden, det er usandsynligt, at det nuværende objekt er vandret over store afstande og forblev af så lille masse.
Dette objekt er derfor sandsynligvis en planet med en stenet (ikke en iskald) kerne omgivet af en lille (af størrelsesordenen en tiendedel af den samlede masse) luftformede kuvert og vil derfor kvalificere sig som en "superjord".
Yderligere udsigter
HARPS-konsortiet, ledet af Michel Mayor (Genève-observatoriet, Schweiz), har fået tildelt 100 observationsnætter om året i en 5-årig periode ved ESO-3,6 m-teleskopet til at udføre en af de mest ambitiøse systematiske søgninger efter exoplaneter, der hidtil er implementeret i hele verden. Til dette mål måler konsortiet gentagne gange hastigheder på hundreder af stjerner, der kan rumme planetariske systemer.
Påvisningen af denne nye lysplanet efter mindre end 1 års drift demonstrerer HARPS's enestående potentiale til at detektere stenede planeter på korte bane. Yderligere analyse viser, at præstationer opnået med HARPS muliggør detektering af store ”telluriske” planeter med kun et par gange jordens masse. En sådan kapacitet er en stor forbedring sammenlignet med tidligere planetundersøgelser. Påvisning af sådanne stenede genstande styrker interessen for fremtidige transitdetekteringer fra rummet med missioner som COROT, Eddington og KEPLER, der skal kunne måle deres radius.
Mere information
Forskningen beskrevet i denne pressemeddelelse er blevet forelagt til offentliggørelse i det førende astrofysiske tidsskrift “Astronomy and Astrophysics”. En forudtryk er tilgængelig som en postscript-fil på http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Noter
[1]: Holdet er sammensat af Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran? Ois Bouchy og Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Frankrig), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry og Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Schweiz), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Frankrig), Gaspare Lo Curto og Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Frankrig), Willy Benz og Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Schweiz) og Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri re-le-Buisson, Paris, Frankrig) .
[2] En grundlæggende begrænsning af metoden med radialhastighed er den ukendte for hældningen af planetbanen, der kun tillader bestemmelse af en lavere massegrænse for planeten. Statistiske overvejelser indikerer imidlertid, at den sande masse i de fleste tilfælde ikke vil være meget højere end denne værdi. Masseenhederne for de exoplaneter, der bruges i denne tekst, er 1 Jupiter-masse = 22 uranmasser = 318 Jordmasser; 1 Uranusmasse = 14,5 Jordmasser.
[3] HARPS er designet og bygget af et internationalt konsortium af forskningsinstitutter, ledet af Observatoire de Genève (Schweiz) og inklusive Observatoire de Haute-Provence (Frankrig), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Schweiz), Service d'Aeronomie (CNRS, Frankrig) samt ESO La Silla og ESO Garching.
Original kilde: ESO News Release
