exoplaneten

Kunnen we buitenaardse beschavingen opsporen door hun lasers waar te nemen?

Aliens opsporen door buitenaardse lasersignalen

18 reacties / Ideeën en techniek, Universum, Visionaire vragen / Door / 12 april 2012

Geoff Marcy is de succesvolste planetenjager ter werld. Wat bezielt hem om zich fulltime met misschien wel het meest controversiële onderzoek ter wereld, SETI, de zoektocht naar buitenaardse intelligenties, bezig te houden? New Scientist interviewde hem.

Buitenaardse lasersignalen ontdekken
Marcy verkeert naar eigen zeggen door zijn succesvolle carrière bij het ontdekken van exoplaneten in de gelukkige omstandigheid dat hij kan kiezen te doen wat hij wil. Zoals het risico nemen zich met speculatieve onderwerpen als SETI bezig te houden. Jongere wetenschappers die zich nog moeten bewijzen, kunnen zich deze luxe niet veroorloven.

Kunnen we buitenaardse beschavingen opsporen door hun lasers waar te nemen?
Kunnen we buitenaardse beschavingen opsporen door hun lasers waar te nemen?

Zijn plan: naar lasersignalen zoeken. Als er behalve ons, technisch geavanceerde beschavingen bestaan – en gezien de enorme ouderdom van de Melkweg, gekoppeld aan de tientallen miljarden planeten in de bewoonbare zone is dat bepaald niet uitgesloten – , zullen ze vermoedelijk constant met elkaar communiceren. Volgens hem zijn lasersignalen de enige effectieve manier om boodschappen lichtjaren ver over te brengen. In tegenstrelling tot een radiozender, die de signalen naar alle richtingen stuurt, concentreert een laserbundel de energie in een smalle bundel, waardoor met veel minder energie een bundel verstuurd kan worden. Kortom: miljoenen laserbundels moeten de Melkweg doorkruisen. Als er lasersignalen op ons gericht worden, al dan niet bij toeval, kunnen we die in principe waarnemen.

Continenten waarnemen op exoplaneten
De afstanden in het heelal zijn onvoorstelbaar groot. De afstand tot de maan, 384 400 km, is bijvoorbeeld 1,3 lichtseconde. De dichtstbijzijnde ster, Alfa Centauri, ligt bijvoorbeeld op 4,2 lichtjaar afstand. Dat is 4 * 1016 meter. Waar een lijnvliegtuig de afstand tot de maan in iets meer dan twee weken zou kunnen afleggen, zou het vliegtuig dat bij het ontstaan van Homo habilis, de eerste mensachtige die gereedschappen maakte, rond de 2,3 miljoen jaar geleden, hier vertrok, nu pas halverwege de reis naar Alfa Centauri zijn. Toch zouden we met een telescoop die groot genoeg is, details op exoplaneten waar kunnen nemen. Met groot bedoelen we hier echt groot, denk bijvoorbeeld aan een lens van honderd meter doorsnede. In principe is de lensdiameter evenredig aan het oplossend vermogen van een telescoop. Ook kan een grotere lens meer schaarse fotonen vangen, waardoor ook zeer lichtzwakke objecten zoals details op een verre exoplaneet zichtbaar worden.

Kortom: over een eeuw zal de mensheid in principe in staat zijn om continenten op buitenaardse werelden waar te nemen. Seizoensveranderingen kunnen zo uitwijzen of een planeet al hogere levensvormen kent; zoals we van het aardse ecosysteem weten, waar de hersenmassa bij alle dierordes stelselmatig is toegenomen, is het dan een kwestie van tijd voor er een voldoende intelligente soort ontstaat. Een soort die laserbundels zal gebruiken.

Toch heerst er tot nu toe een oorverdovende stilte. We hebben geen sporen waargenomen van sterren die gekoloniseerd zijn, bijvoorbeeld in de vorm van een Dyson schil. Welicht is er een bepaalde reden waarom een intelligente soort zichzelf vernietigt. Of wordt vernietigd door een andere soort…

Bron: 
New Scientist

Video: reis naar Pandora

2 reacties / Ideeën, Universum, Visionaire vragen / Door / 12 februari 2012

Is een exoplaneet als Pandora, de thuiswereld van de Nav’i in de kaskraker Avatar, werkelijk mogelijk? Deze korte documentaire (iets meer dan twintig minuten) neemt je op reis naar Alfa Centauri, het dichtstbijzijnde planetenstelsel voorbij het zonnestelsel.

Alfa Centauri ligt op 4,2 lichtjaar afstand van de aarde. Een planeet die om dit meervoudige sterrenstelsel draait, zou één van de meest voor de hand liggende doelen voor de eerste menselijke expeditie naar een andere ster zijn. Dit klopt.

Maar hoe waarschijnlijk is het dat een maan zo groot als een planeet die om een gasreus draait, zoals Pandora, leven ontwikkelt? Zijn de levensvormen zoals die in Avatar voorkomen, realistisch?

Video: alien earths

2 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 9 februari 2012

In deze vijf fragmenten worden verschillende bizarre typen planeten behandeld die in buitenaardse planetenstelsels kunnen voorkomen. Wat dacht je van een wereld die zou heet is dat het gesmolten gesteente regent? Een wereld waarin door de extreem hoge druk water in een bizarre soort elektrisch geleidend ijs verandert? Of een planeet die draait om een pulsar met dodelijk sterke magneetvelden? Zie het met eigen ogen. De duur is ongeveer tien minuten per fragment.

Deel 1:

Deel 2:

Deel 3:

Deel 4:

Deel 5 en laatste deel:

Deel 5:

Een Y-dwerg, de koudste dwerg denkbaar. bron: Wikipedia

‘Honderdduizend zwerfplaneten per ster in Melkweg’

6 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 14 november 2012

Niet alleen bevinden zich in de Melkweg tweehonderd miljard sterren, per ster zijn er naar schatting ook tienduizenden malen zoveel hemellichamen, variërend van forse Jupiter-achtige planeten tot objecten iets kleiner dan Pluto, stellen vier astronomen in een preprint. Zou het leven hier ontstaan zijn?

Leven op zwerfplaneet?
Tot voor kort werd gedacht dat leven alleen op aardachtige planeten voor zou kunnen komen. Alleen op een planeet met aardachtige temperaturen kan er immers vloeibaar water bestaan en hiermee leven. De laatste decennia zijn er echter een aantal baanbrekende ontdekkingen gedaan van bacteriën die het op “onmogelijk” geachte plaatsen prima uithouden. Zo zijn er bacteriën die gedijen in oververhit kokend water in vulkanische bronnen in de diepzee, rotsbewonende bacteriën, eencelligen die in een extreem zuur milieu overleven, arsenicumbacteriën en (bacterieachtige) archaeae die ver onder nul nog groeien. Veel van deze omstandigheden komen ook op andere planeten dan de aarde voor. Een grote zwerfplaneet met veel radioactief materiaal in de kern, kan voor vele miljarden jaren warm blijven onder een dikke ijslaag en hiermee diep onder het ijs een gastvrije plek bieden voor eenvoudige levensvormen.

Een Y-dwerg, de koudste dwerg denkbaar. bron: Wikipedia
Een Y-dwerg, de kleinste en koudste ster denkbaar. Deze bruine dwergen zijn zwaarder dan 13 Jupitermassa’s. Bron: Wikipedia

Hoeveel zwervende objecten zijn er in de Melkweg?
De Melkweg houdt ontelbare objecten in haar immense zwaartekrachtsveld gevangen. Deze variëren in grootte van reuzensterren tot subatomaire deeltjes.
Sterren geven licht en zijn hiermee het eenvoudigst te vinden. Door de sterren in onze directe omgeving te tellen en hun absolute helderheid te berekenen, kunnen astronomen een globale schatting maken van hoeveel sterren er in totaal in onze Melkweg zijn. Dit getal ligt rond de tweehonderd tot vierhonderd miljard. De meeste van deze sterren behoren tot de kleinste soort: rode dwergen.

Onzichtbare zwerfplaneten vinden
Hemellichamen onder een twintigste zonsmassa zijn niet zwaar genoeg om waterstof te fuseren en zenden alleen nog zwakke straling uit, afkomstig van de fusie van deuterium. Deze zogeheten bruine dwergen, zijn de koelste sterren bekend met temperaturen tot soms onder de dertig graden. Onder de dertien Jupitermassa’s stopt ook de fusie van deuterium. Nu spreken we van gasreuzen. Gasreuzen en kleiner zijn alleen waar te nemen door het licht dat ze weerkaatsen, hun zwaartekrachtsinvloed of door sterbedekkingen. Om die reden zijn er alleen exoplaneten gevonden rond sterren. Wel vinden er voortdurend raadselachtige sterbedekkingen plaats. Klaarblijkelijk bevinden er zich in het heelal talloze zwervende objecten die geregeld voor sterren langs trekken.

Hergebruik van Kepler-data
De astronomen Louis E. Strigari, Matteo Barnabè, Philip J. Marshall, Roger D. Blandford stellen voor hiervoor de data van de Keplersatelliet te gebruiken. Kepler neemt honderdduizenden sterren tegelijk waar en probeert zo sterren met planeten op te sporen. Als een planeet periodiek rond een ster beweegt, precies tussen de satelliet en de ster, vindt er een geregelde sterbedekking plaats. Echter: Kepler neemt ook zeer vele onregelmatige sterbedekkingen waar, die dus niet aan een exoplaneet zijn te koppelen. Om ook zeer snel bewegende zwerfobjecten te ontdekken, is een satelliet nodig die ook zeer kort durende sterbedekkingen waar kan nemen. Aan de hand van de snelheidsverdeling en frequentie van sterbedekkingen kan vervolgens een ruwe schatting worden gemaakt van hoeveel zwervende objecten er zich tussen de sterren bevinden. De voorlopige schatting van de astronomen: enkele tienduizenden per optisch waarneembare ster. Kortom: er is nog heel veel te ontdekken.

Bron:
Louis E. Strigari et al., Nomads of the Galaxy, ArXiv (2012)

Video: leven op veel zwaardere en lichtere exoplaneet dan de aarde

Laat een reactie achter / Ideeën, Visionaire vragen / Door / 22 januari 2012

Hoe zou het leven zich ontwikkelen op een exoplaneet die veel zwaarder of juist veel lichter is dan de aarde? Een overzicht van enkele mogelijkheden.

In science fiction films met een beperkt budget zien we doorgaans verklede acteurs, die meer weg hebben van gemuteerde mensen dan van echt buitenaardse wezens. Wat dat betreft deed George Lucas, regisseur van de Star wars cyclus, het veel beter. In deze video een meer waarschijnlijke verzameling aliens, afgaande op simpele fysiologische en natuurkundige eigenschappen.

Het planetenstelsel van KOI-961 is vergelijkbaar met de manen van Jupiter. Bron: NASA

Rode dwergen wemelen van rotsachtige exoplaneten

3 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 13 januari 2012

De kleinste exoplaneet die rond een ster in de Hoofdreeks (dus niet uitgebrand of in een instabiele fase) is aangetroffen is een rotsachtige planeet bij een rode dwergster, iets groter dan Mars. Volgens schattingen heeft rond een derde van alle rode dwergen, waartoe meer dan driekwart van alle sterren worden gerekend, aardachtige planeten. Wanneer vinden we de eerste planeet met leven?

Het planetenstelsel van KOI-961 is vergelijkbaar met de manen van Jupiter. Bron: NASA
Het planetenstelsel van KOI-961 is vergelijkbaar met de manen van Jupiter. Bron: NASA

De nieuw-ontdekte planeet, KOI-961.03, bedekt op geregelde tijden zijn ster, waardoor de helderheid hiervan periodiek een zeer kleine fractie afneemt. Dit is toch voldoende om door de NASA’s Kepler ruimtetelescoop waargenomen te worden.

De rode-dwergster KOI-961 is vergeleken met de zon zeer klein, maar blijkt er toch een zonnestelsel van zeker drie rotsachtige planeten op na te houden: naast KOI-961.03, ook de rotsplaneten KOI-961.01 and KOI-961.02.

Buiten adem op vijf kilometer hoogte
De onderzoekers combineerden de data van Kepler met waarnemingen van de reusachtige Keck Telescoop op de vijf kilometer hoge vulkaan Mauna Kea op het Hawaiiaanse eiland Oahu. De zeer ijle lucht op die enorme hoogte maakt werken (en nadenken) voor astronomen zwaar. Vaak schrijven ze van tevoren op wat ze moeten doen voor ze de tocht naar boven maken (al zijn er tegenwoordig uiteraard opties voor telewerken).
Toch staat de Keck niet voor niets op Mauna Kea. Deze plek levert een zeer goede ‘seeing’ (helder beeld) omdat de top al voorbij de helft van de troposfeer, het dichtste en woeligste deel van de atmosfeer, reikt.

Met behulp van deze tien meter doorsnee telescoop stelden ze de exacte afmeting van de ster vast. Er bestaat namelijk een vaste relatie tussen de grootte, de lichtkracht en de massa van een ster. Doordat Kepler exact vaststelt met hoeveel het sterrenlicht af wordt gezwakt, is de relatieve grootte van het planeetschijfje vrij makkelijk te berekenen.

KOI-961.03 is de kleinste waargenomen planeet met 0,57 maal de doorsnede van de aarde, plm. 8% groter dan Mars. De andere planeten KOI-961.02 en KOI-961.01 zitten met resp. 0,73 en 0,78 maal de grootte van de aarde, tussen Mars en de aarde in.

Al veel kleinere planeet rond pulsar ontdekt
Zowel KOI-961.02 als KOI-961.03 zijn kleiner dan welke andere exoplaneet ook die tot dusver is ontdekt rond een ster in de Hoofdreeks. Een veel kleinere planeet, ongeveer twee procent van de massa van de aarde, de grootte van de maan dus, is ontdekt rond een pulsar.

Een pulsar, een dode ster, samengeklapt tot een bol neutronen van twintig tot dertig kilometer doorsnede, biedt met zijn extreem sterke magneetveld en dodelijke röntgenstraling bepaald niet een gastvrije omgeving voor leven, maar het is heel makkelijk planeten rond pulsars te vinden omdat ze zeer regelmatige signalen geven. Zelfs een minuscuul planeetje verstoort de pulsarklok al meetbaar.
We beschreven al eerder de eerste ontdekking van een exoplaneet kleiner dan de aarde. De daaropvolgende dag ging ook dit record aan diggelen, met dus nu het voorlopige kleinheidsrecord. Al deze ontdekkingen zijn mogelijk gemaakt door Kepler.

Vermoedelijk ziet het KOI-961 stelsel er ongeveer zo uit.
Vermoedelijk ziet het KOI-961 stelsel er ongeveer zo uit. Bron: NASA

Exo-zonnestelsel vergelijkbaar met Jupiterstelsel
Dit nieuw-ontdekte systeem is ook het kleinste zonnestelsel ooit aangetroffen. De planeten bevinden zich alle minder dan vier maal zo ver van de ster (1,5 miljoen km) als de maan van de aarde. Vergelijkbaar met de afstanden van de manen van Jupiter tot de reuzenplaneet.  Ter vergelijking: als de aarde op die afstand van de zon stond, zou de zon een kwart van de hemel in beslag nemen, de aarde in magma veranderen en zou de aarde door de getijdeneffecten in stukken getrokken worden.
Weliswaar is KOI 561 veel kleiner dan de zon, maar de leefomstandigheden op het drietal planeten zijn verre van aangenaam, tenzij je bijvoorbeeld een op silicium gebaseerde levensvorm bent: zelfs op de verste, kleine planeet heersen helse temperaturen van 200 graden. Een ‘jaar’ duurt korter dan twee dagen. 

‘Melkweg krioelt van kleine rotsplaneten’
Goed nieuws voor de velen van ons die dromen van een lieflijke exo-aarde voor onszelf. Dit komt namelijk bij de steeds groeiende berg bewijzen dat kleine rotsplaneten zeer veel voorkomen rond rode dwergen, die ongeveer tachtig procent van alel sterren in de Melkweg uitmaken.  Slechts enkele tientallen van de 150 000 sterren die Kepler tegelijkertijd in de gaten houdt zijn zo klein als KOI-961. Omdat het uiterst toevallig is dat een planeet precies voor een ster langstrekt, betekent deze ontdekking volgens onderzoekers dat minstens een derde van deze kleinste rode dwergen een planetenstelsel heeft. Teamlid John Johnson vergeleek ze daarom met kakkerlakken, waarvan je er maar enkele ziet, maar zich een veelvoud verstopt.

Waarom hebben we nog geen rotsplaneten in de bewoonbare zone aangetroffen?
Hoe verder een planeet van een ster afstaat, hoe kleiner de kans dat de planeet precies voor de ster langs trekt. Ook kijkt Kepler nog relatief kort naar de groep sterren. Stel dat een planeet een omloopbaan van een maand of een half jaar heeft, dan vallen niet minimaal twee bedekkingen in het waarnemingsvenster en wordt geen hit gescoord. De tot nu toe ontdekte exoplaneten zijn om die reden vrijwel allemaal geblakerde rotsblokken. Bij KOI-961 moet een planeet bijvoorbeeld drie tot zes miljoen kilometer van de ster staan om leven zoals wij dat kennen mogelijk te maken. Levensvormen op een dergelijke planeet zouden een enorme, dofrode zon zien en elke nacht andere sterrenbeelden. Misschien dat we domweg meer geduld moeten hebben tot Kepler deze planeten vindt.

Bronnen
NASA: ‘Honey, I shrunk the planetary system’
NASA: KOI-961, a mini planetary system

De nieuw ontdekte exoplaneten hebben door hun korte afstand tot Kepler 20 meer weg van Mercurius dan van de aarde.

Voor het eerst exoplaneet kleiner dan de aarde ontdekt

4 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 20 december 2011

De kleinste exoplaneten tot nu toe ontdekt, met een diameter van respectievelijk 1,03 en 0,87 maal die van de aarde, draaien om een zonachtige ster op 950 lichtjaar afstand. Een doorbraak: pas nu is een planeet kleiner dan de aarde ontdekt.

Weliswaar staan de planeten veel dichter bij Kepler 20 dan zelfs Mercurius en zijn dus extreem heet, maar wellicht waren ze ooit bewoonbaar. De twee nieuwe planeten verbreken het vorige record, gevestigd door Kepler 10b, een planeet van 1,4 maal de diameter van de aarde.

Volgende stap: bewoonbare exo-aarde vinden
De ontdekking komt twee weken na de aankondiging van de eerste planeet in de bewoonbare zone van een zonachtige ster. De bewoonbare zone is de schil rond een ster waaron water in vloeibare vorm op het oppervlak van een planeet kan voorkomen. Het volgende doel is een planeet met ongeveer de grootte van de aarde in de bewoonbare zone van een ster vinden. Immers: dat is het enige type planeet waarvan we 100% zeker weten dat er leven op kan ontstaan.

Dit is echter erg lastig. Exoplaneten worden ontdekt op twee manieren: omdat ze de ster waar ze omheen draaien laten schommelen, of omdat ze voor de ster langs trekken en zo de helderheid van de ster tijdelijk verminderen. Dit is de reden dat vooral grote planeten die dicht bij de ster staan makkelijk worden ontdekt. Zij laten de ster het meeste schommelen en laten de helderheid van de ster ook veel meer afnemen als ze voor de ster langstrekken.

Honderdduizenden potentiële sterverduisteringen
Kepler maakt gebruik van het sterverduisteringseffect. De ruimtetelescoop neemt honderdduizenden sterren tegelijkertijd waar en probeert zo sterverduisteringen waar te nemen. Weliswaar is de kans dat een planeet precies voor de ster langs trekt klein, maar omdat Kepler zo enorm veel sterren tegelijkertijd waarneemt, is er toch al een record aantal exoplaneten opgespoord. Om uit te sluiten dat een sterverduistering door een ander object wordt veroorzaakt, controleert het Kepler-team of de ster zoals voorspelt meeschommelt met de waargenomen planeet.

De nieuw ontdekte exoplaneten hebben door hun korte afstand tot Kepler 20 meer weg van Mercurius dan van de aarde.
De nieuw ontdekte exoplaneten hebben door hun korte afstand tot Kepler 20 meer weg van Mercurius dan van de aarde.

Geen wiebel ontdekt,dus geen echte planeet?
Kepler-20 e en Kepler-20 f zijn beide te klein om veel invloed te hebben op de centrale ster. Ter vergelijking: de aarde laat de zon ongeveer vijfhonderd kilometer wiebelen. Omdat de planeten op slechts vijf resp. 11 procent van de afstand van de aarde tot de zon staan, is de wiebel hier groter. Omdat deze wiebel niet waar kan worden genomen, betekent dit dat de planeten geen gasreuzen kunnen zijn en – als onze planeetvormingsmodellen kloppen – ze maximaal 1,67 resp. 3,04 aardmassa zijn. Op deze korte afstand tot de ster – de oppervlaktetemperaturen zijn op deze korte afstanden tot de ster respectievelijk hoger dan zevenhonderd en vierhonderd graden Celsius – is het waterstofgas van een gasreus allang weggekookt, dus moet het hier om rotsplaneten gaan. Teamlid Seager veronderstelt dat beide planeten net als de aarde uit een ijzerrijke kern en silicatenrijke mantel bestaan.

Uitsluiten van alternatieven
Het team besloot daarom haar toevlucht te nemen tot het uitsluiten van alle andere verklaringen voor de waarnemingen. Hierbij maakten ze gebruik van de snelste supercomputer van NASA. Ze hielden onder meer rekening met de effecten van eventuele bruine dwergen en en naburige sterren. Met resultaat. De signalen zijn meer dan duizend keer zo waarschijnlijk het gevolg van een planeet, als van iets anders.

Was Kepler-20 f ooit bewoonbaar?
De planeten van het Kepler-20 stelsel staan allen zeer dicht bij de ster. Ze kunnen zich volgens de gangbare planeetvormingsmodellen nooit zo dicht bij een ster gevormd hebben. Waarschijnlijk stonden ze dus hiervoor op grotere afstand. Wellicht dat Kepler 20-f, de meest aardachtige planeet, ooit door de bewoonbare zone is gereisd. De planeet heeft dan gedurende korte tijd oceanen gehad, tot deze door de extreme hitte net als op Venus weggedampt zijn.

Verdere informatie 
François Fressin et al.,Two Earth-sized planets orbiting Kepler-20, Nature (2011)

Video: de tien spectaculairste buitenaardse planeten uit science fiction films

5 reacties / Ideeën en techniek, Universum / Door / 13 november 2011

Wie herinnert zich niet de door zandwormen geteisterde woestijnwereld Duin, de oerwoudmaan Pandora waar de Nav’i leven of de verschroeiende wereld Crematoria, waar het oppervlak elke dag wordt geroosterd door de verzengende straling van de centrale zon?

Dit overzicht is verre van compleet. De werelden variëren van wetenschappelijk gezien mogelijk (Duin, Crematoria) of zelfs waarschijnlijk tot totaal absurd en in strijd met wat we op dit moment weten (Krypton, Pandora). Wat is jullie favoriete wereld?

De makers van de documentaire Aurelia bedachten deze tidally locked planeet, waarvan maar de helft bewoonbaar is.

Bewoonbare zone 30% groter rond rode dwergen

Laat een reactie achter / Universum, Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 18 december 2020

De kans dat een planeet die rond een rode dwerg draait, vloeibaar water bevat is 30% groter dan tot nu toe gedacht. Erg goed nieuws, want maar liefst viervijfde van alle sterren is een rode dwerg. De kans op buitenaards leven is hiermee dan ook fiks gestegen.

In hun zoektocht naar aardachtige planeten rond andere sterren, zoeken astrobiologen naar planeten die vloeibaar water kunnen ondersteunen. Deze planeten moeten een gemiddelde temperatuur hebben die in de relatief nauwe temperatuursgrenzen op aarde valt. Over het algemeen nemen exobiologen aan dat deze temperaturen alleen in een nauwe schil om een ster kunnen bestaan: de zogenaamde Goldilocks-zone of bewoonbare (habitable) zone.

De makers van de documentaire Aurelia bedachten deze tidally locked planeet, waarvan maar de helft bewoonbaar is.
De makers van de documentaire Aurelia bedachten deze tidally locked planeet, waarvan maar de helft bewoonbaar is.

Oogbal Aarde en warme waterstofdeken?
We hebben overigens gezien dat met enig kunst- en vliegwerk deze zone flink opgerekt kan worden. Zo kunnen grotere planeten met een sterk broeikaseffect of stilstaande (’tidally locked’) planeten in ieder geval op een deel van hun oppervlak gastvrije temperaturen bieden. Zie onze artikelen hier en hier, al wijken deze planeten sterk af van de aarde. In het zonnestelsel reikt de bewoonbare zone van ongeveer de omloopbaan van Venus (0,7 AE)  tot ongeveer twee keer de omloopbaan van Mars, d.w.z. de planetoïdengordel (3 AE). De omloopbaan van de aarde (1 AE) ligt hier uiteraard in, anders had ik dit stukje niet kunnen schrijven (of jij lezen).


Albedo cruciaal
Zo makkelijk is het echter niet om de grootte van de bewoonbare zone van een ster vast te stellen. Grootte en temperatuur van de ster zijn uiteraard cruciaal maar hangen ook sterk af van de omstandigheden op de exoplaneet zelf, vooral van het albedo: het percentage licht dat terug wordt weerkaatst, het heelal in. Hoe hoger het albedo (een ijsplaneet heeft bijvoorbeeld een albedo van 0,80; een zwart gat nul, een spiegel 1), hoe  minder energie op de planeet achterblijft en dus hoe dichter bij de ster de bewoonbare zone ligt.

Sneeuw en ijs absorberen meeste warmtestraling
Astronomen Manoj Joshi van het National Centre for Atmospheric Science in Reading, UK, en Robert Haberle van het NASA Ames Research Centre in de buurt van San Francisco wijzen op een belangrijke nieuwe factor die de bewoonbare zone rond rode dwergsterren, 80% van alle sterren, enorm veel  groter maakt.
Volgens Joshi en Haberle hangt de hoeveelheid licht die sneeuw en ijs weerkaatsen af van hun golflengte. De zon produceert de meeste stralingsenergie in de vorm van licht, dus in het voor ons zichtbare deel van het elektromagnetische spectrum. Logisch uiteraard, we zijn geëvolueerd in het zonlicht. We zouden er weinig aan hebben als we bijvoorbeeld röntgenstraling konden zien. Het albedo voor zichtbaar licht van sneeuw en ijs is respectievelijk 0,8 en 0,5.

Goed nieuws voor aliens met een kleine rode zon
De grote meerderheid, tachtig procent, van alle sterren in de hoofdreeks behoren echter tot de spectraalklasse M: rode dwergen. Deze stralen een veel groter deel van hun energie uit als infrarode straling. Wij nemen die waar als warmte. Het albedo van ijs en sneeuw op planeten die rond M-sterren zoals Gliese 436 en GJ 1214, op respectievelijk 33 en 40 lichtjaren afstand, draaien is veel lager voor infrarode straling dan voor zichtbare straling. Van ijs is deze 0,1 en voor sneeuw 0,4. Dat wil zeggen dat bijna twee keer zoveel energie wordt geabsorbeerd dan bij zichtbaar licht.

Met andere woorden: bevroren ijsplaneten absorberen veel meer energie dan op aarde. De fatale negatieve feedbackloop, die er op aarde toe leidt dat ijstijden totaal uit de hand lopen, is bij planeten die rond M-sterretjes draaien afwezig. Als een planeet als Mars dezelfde hoeveelheid straling zou ontvangen als nu, maar dan  in de vorm van infraroodstraling door een rode dwerg, zouden de ijskappen snel smelten. Niet in het artikel genoemd is dat waterstof veel minder snel zou weglekken uit de atmosfeer, omdat infraroodstraling nauwelijks tot niet in staat is watermoleculen te splitsen. Wel moet dit af worden gewogen tegen de regelmatig voorkomende zware zonnevlammen op M-sterren.

Marsmannetjes?
Met andere woorden: was de zon een rode dwerg geweest, en hadden aarde en Mars even veel straling ontvangen als nu, dan hadden er heel wel Marsmannetjes kunnen bestaan die konden genieten van de grote oceaan die ooit op de plek van de noordelijke laagvlakte Utopia Planitia lag en hadden we geen ijstijden hier gehad. Het gevolg volgens beide heren: er zijn veel meer bewoonabre exoplaneten dan gedacht; de bewoonbare zone stijgt maar liefst met dertig procent in omvang van de ster af.

Ontdekking Aarde 2 nu stuk dichterbij
Spectaculair nieuws voor astrobiologen. M-sterren hebben behalve hun grote aantal namelijk nog een prettige kant. Ze zijn zo klein en licht, en de planeten draaien op zulke kleine afstanden van de ster, dat exoplaneten de ster meer laten wiebelen en dus veel makkelijker te ontdekken zijn rond een rode dwerg. Ook zijn rode dwergen veel lichtzwakker, waardoor ze planeten die er om heen draaien wat minder makkelijk overstralen. De nadruk op wat, want hun kortere afstand tot de ster maakt het aan de andere kant weer moeilijker om ze waar te nemen; per saldo is er toch een positief effect. Kortom: de kans is weer flink gestegen dat we een zusje van de aarde zullen waarnemen.

Video: Een kijkje op Aurelia, een hypothetische planeet die rond een rode dwergster draait

Bron:
Suppression Of The Water Ice And Snow Albedo Feedback On Planets Orbiting Red Dwarf Stars And The Subsequent Widening Of The Habitable Zone, ArXiv (2011)

Exoplaneten gefotografeerd

3 reacties / Universum, Wetenschap / Door / 12 oktober 2011

Ongelofelijk maar waar: van meerdere exoplaneten zijn opnamen bekend. Een overzicht van de eerste beelden van werelden voorbij het zonnestelsel.

Iets dat zichtbaar is op vele lichtjaren afstand moet enorm zijn. Uiteraard gaat het dus om exoplaneten die meer van een gasreus dan de aarde hebben en vaak ver van de bijbehorende ster staan, zodat ze niet overstraald worden. Erg veel op de aarde lijken ze dus niet. Toch is de gedachte boeiend dat we al een blik hebben kunnen werpen op een wereld die om een andere ster draait dan de zon. Klik op de afbeeldingen voor een vergroting.

Brown Dwarf and Child

De heldere vlek is niet een ster, maar een bruine dwerg. Astronomen vragen zich ook af of het rode object wel een bonafide planeet is. Waarschijnlijk is het een ultrazwakke dubbelster, bestaande uit twee mislukte sterren op 172 lichtjaar afstand. Bron: ESO/VLT

 

Far Out Planet

De planeet (het lichtpuntje linksboven) draait om een jonge zonachtige ster met de poëtische naam IRXS J160929.1-210524, op 470 lichtjaar afstand. De planeet is acht keer zo zwaar als Jupiter en staat 330 AE, dat is 330 maal zover van de ster als de aarde van de zon af staat. Dat is acht keer verder dan Pluto. Bestaande modellen voor planeetvorming kunnen niet verklaren hoe zo ver van de ster toch zoveel materie kon samenklonteren. Misschien is de planeet weggeslingerd, het trieste overblijfsel van een kaalgeplukte ster of een ingevangen zwerfplaneet. Opmerkelijk feit: er is waterdamp aangetoond in de atmosfeer van deze verre gasreus, al is de planeet te ver van zijn zon voor aardachtig leven.

Planetary Family

Drie exo-zwaargewichten
De drie puntjes draaien om de (hier afgeschermde) centrale ster. Het drietal super-gasreuzen (5-7 maal de massa van Jupiter) werd ontdekt met de Keck en Gemini North reuzentelescopen op de vulkaan Mauna Kea op Hawaii. De drie planeten staan op een ijzige 25, 40 en 70 AE van de jonge zonachtige ster HR 8799 op 129 lichtjaar afstand. Dat is vergelijkbaar met de asteroïdengordel, Jupiter en Saturnus. Andere telescopen hebben deze waarnemingen bevestigd en de beweging van de exoplaneten in hun baan is sindsdien bevestigd. In de loop der jaren kruipen de planeten voort.

 

Family of Four

Vierde zwaargewicht ontdekt

Onderzoekers ontdekten tot hun verrassing dat bovenstaande drie planeten nog een vierde broertje had van ongeveer zeven maal de massa van Jupiter en ongeveer 14,5 AE. Ondertussen weten we uit hun lichtspectrum dat de werelden rijk zijn aan koolmonoxide (een dodelijk gas) en arm aan methaan. Vermoedelijk ontstonden ze door kometen op te slokken.

Foto:  NRC-HIA, Christian Marois, and the W.M. Keck Observatory

 

A Controversial Case

Exoplaneet of niet?

Op dezelfde dag dat het bestaan van de drie HR 8799 planeten werd bekend gemaakt, onthulden andere onderzoekers de ontdekking van een kleinere planeet, drie maal Jupiter, die door de stofschijf van de ster-in-wording Fomalhaut reist. Fomalhaut is al sinds de oudheid bekend en staat op ongeveer 25 lichtjaar afstand van ons af. Aan het bestaan wordt echter sindsdien getwijfeld, want geen enkele andere telescoop dan Hubble heeft het vlekje waargenomen. De Hubble telescoop kan de waarneming helaas niet overdoen: het instrument in kwestie is nu kapot. De ontdekkers melden nieuwe waarnemingen, maar er is iets vreemds aan de hand. Het object heeft zijn cirkelvormige baan verlaten. Een tijdelijk verschijnsel in de stofschijf, zoals bijvoorbeeld de Grote Rode Vlek, of een ster op de achtergrond? De verongelijkte ontdekkers denken dat hun planeet tijdelijk versluierd was door de stofschijf.

Beeld: NASA, ESA and P. Kalas (University of California, Berkeley, USA

 

Inner Planet

Binnenplaneet

Een andere veel bestudeerde planeet draait om Beta Pictoris: een zonachtige ster op 63 lichtjaar afstand. De planeet is acht maal zwaarder dan Jupiter en draait om de zon op slechts 8 AE, de afstand van Saturnus tot de zon. De planeet lijkt ongebruikelijk groot in doorsnede. Zou hij omringd worden door een ring, zoals Saturnus zelf?

Afbeelding: ESO/VLT

 

Going around
Kosmische stofzuigerOmdat de planeet van Beta Pictoris veel dichter bij zijn ster staat dan de andere planeten, konden astronomen deze exoplaneet op veel plaatsen van zijn omloopbaan waarnemen, o.a. in 2003 en 2009. Onderzoekers veronderstellen een ‘jaar’ van 15 aardse jaren. Heel opvallend is de stofvrije zone rond de planeet. Astronomen denken daarom dat de planeet alle stof en gas in zijn omgeving opgeslokt heeft. Waarschijnlijk hebben in ons zonnestelsel vergelijkbare processen plaatsgevonden.

Afbeelding: ESO/VLT

Zouden we met een enorme telescoop in een maankrater waar eeuwige duisternis heerst, niet nog veel meer exoplaneten kunnen waarnemen? In principe kan het, als de collector mirror van de telescoop maar groot genoeg is en de optische precisie groot genoeg.

Bron:
Wired