Wat Zijn Exoplaneten?
gedurende talloze generaties hebben mensen naar de nachtelijke hemel gekeken en zich afgevraagd of ze alleen waren in het universum. Met de ontdekking van andere planeten in ons zonnestelsel, de ware omvang van de Melkweg, en andere sterrenstelsels buiten het onze, is deze vraag alleen maar verdiept en dieper geworden.en terwijl astronomen en wetenschappers al lang vermoeden dat andere sterrenstelsels in ons melkwegstelsel en het heelal eigen planeten omcirkelen, is het pas in de laatste decennia dat ze waargenomen zijn. In de loop van de tijd zijn de methoden voor het detecteren van deze “exoplaneten” verbeterd, en de lijst van de planeten waarvan het bestaan is bevestigd is dienovereenkomstig gegroeid (meer dan 4000 en tellen!)
definitie:
an extrasolar planet (aka. exoplaneet) is een planeet die om een andere ster draait dan het onze. Ons zonnestelsel is slechts een van de miljarden en velen van hen hebben waarschijnlijk hun eigen stelsel van planeten. Al in de zestiende eeuw zijn er astronomen geweest die het bestaan van exoplaneten veronderstelden.
de eerste vermelding werd gemaakt door de Italiaanse filosoof Giordano Bruno, een vroege aanhanger van de copernicaanse theorie. Naast het ondersteunen van het idee dat de aarde en andere planeten rond de zon draaien (heliocentrisme), stelde hij het standpunt naar voren dat de vaste sterren vergelijkbaar zijn met de zon en ook vergezeld gaan van planeten.in de achttiende eeuw deed Isaac Newton een soortgelijke suggestie in de sectie “General Scholium” die zijn Principia afsluit. Als hij een vergelijking maakt met de planeten van de zon, schrijft hij: “en als de vaste sterren de centra zijn van soortgelijke systemen, zullen ze allemaal volgens een soortgelijk ontwerp worden geconstrueerd en onderworpen zijn aan de heerschappij van één.”
sinds Newton ‘ s tijd zijn verschillende ontdekkingsclaims gedaan, maar alle werden door de wetenschappelijke gemeenschap afgewezen als vals-positieven. In de jaren tachtig beweerde een groep astronomen dat ze een aantal exoplaneten in nabijgelegen sterrenstelsels hadden geïdentificeerd, maar pas jaren later konden ze hun bestaan bevestigen.
eerste ontdekkingen:
een van de redenen waarom exoplaneten zo moeilijk te detecteren zijn, is omdat ze nog zwakker zijn dan de sterren waar ze om draaien. Bovendien geven deze sterren licht af dat de planeten “wast” – dat wil zeggen ze verduistert van directe observatie. Als gevolg hiervan werd de eerste ontdekking pas in 1992 gedaan door astronomen Aleksander Wolszczan en Dale Frail.
met behulp van het Arecibo-observatorium in Puerto Rico observeerde het paar verschillende aardse planeten met een massa rond de pulsar PSR B1257+12. Pas in 1995 werd de eerste bevestiging van een exoplaneet rond een hoofdreeksster gemaakt. In dit geval was de waargenomen Planeet 51 Pegasi b, een gigantische planeet gevonden in een vierdaagse baan rond de zon-achtige ster 51 Pegasi (ongeveer 51 lichtjaar van onze Zon).aanvankelijk waren de meeste gedetecteerde planeten gasreuzen die vergelijkbaar waren met of groter waren dan Jupiter, waardoor de term “Super – Jupiter” werd bedacht. In plaats van te suggereren dat gasreuzen vaker voorkwamen dan rotsachtige (dat wil zeggen “Aarde-achtige”) planeten, waren deze bevindingen simpelweg te wijten aan het feit dat planeten ter grootte van Jupiter eenvoudig gemakkelijker te detecteren zijn vanwege hun grootte.
de Kepler-missie:het Kepler space observatory, vernoemd naar de Renaissance-astronoom Johannes Kepler, werd op 7 maart 2009 gelanceerd door NASA met het doel Aarde-achtige planeten rond andere sterren te ontdekken. Als onderdeel van NASA ’s Discovery Program, een reeks relatief goedkope projecten gericht op wetenschappelijk onderzoek, was Kepler’ s missie om bewijs te vinden van exoplaneten en te schatten hoeveel sterren in ons melkwegstelsel planeetsystemen hebben.
Op basis van de Transit-detectiemethode (zie hieronder) gebruikte Kepler ‘ s enige een fotometer om continu de helderheid van meer dan 145.000 hoofdreekssterren in een vast gezichtsveld te monitoren. Deze gegevens werden vervolgens teruggestuurd naar de aarde, waar ze door wetenschappers werden geanalyseerd om te zoeken naar tekenen van periodieke dimmen veroorzaakt door exoplaneten die voor hun gastster doorreizen.
De aanvankelijk geplande levensduur van de Kepler-missie was 3,5 jaar, maar de resultaten die groter waren dan verwacht, leidden ertoe dat de missie werd verlengd. In 2012 werd verwacht dat de missie zou duren tot 2016, maar dit veranderde als gevolg van het falen van twee van de reactiewielen van het ruimtevaartuig – die worden gebruikt voor het richten van het ruimtevaartuig. Dit maakte het verzamelen van wetenschappelijke gegevens onmogelijk en bedreigde de voortzetting van de missie.op 15 augustus 2013 kondigde NASA aan dat ze hadden opgegeven om de twee defecte reactiewielen te repareren en de missie dienovereenkomstig hadden aangepast. In plaats van Kepler te vernietigen, stelde NASA voor om de missie te veranderen om Kepler te gebruiken om bewoonbare planeten rond kleinere, dimmere rode dwergsterren te detecteren. Dit voorstel, dat bekend werd als K2 “Second Light”, werd goedgekeurd op 16 mei 2014.
De K2 missie (die duurde tot ) richtte zich meer op helderdere sterren (zoals G – en K-klasse sterren). Vanaf 6 februari 2021 hebben astronomen de aanwezigheid bevestigd van 4.341 exoplaneten in 3.216 planetenstelsels, waarvan de meerderheid werd gevonden met behulp van gegevens van Kepler. Alles bij elkaar, de ruimtesonde waargenomen meer dan 530.506 sterren in de loop van zijn primaire en K2 missies.
In November 2013 rapporteerden astronomen (gebaseerd op de gegevens van de Kepler ruimtemissie) dat bij 1 op de 5 sterren in de melkweg planeten ter grootte van de aarde rond hun leefbare zones kunnen draaien-tussen de 40 en 80 miljard. Ze schatten verder dat 7 tot 15% van deze planeten (gemiddeld 5,6 miljard) om zonachtige sterren draaien-aka. hoofdreeks G-type gele Dwergen.
Bewoonbare Planeten:
De eerste exoplaneet bevestigd door Kepler een gemiddeld orbital afstand geplaatst in het kader van haar circumstellar habitable zone werd Kepler-22b. Deze planeet is gelegen op ongeveer 600 lichtjaar van de Aarde in het sterrenbeeld Cygnus en werd voor het eerst waargenomen op 12 Mei 2009, en vervolgens bevestigd op december 5th, 2011. Op basis van alle verkregen gegevens, geloven wetenschappers dat deze wereld is ongeveer 2,4 keer de straal van de aarde en heeft ofwel oceanen of een waterige buitenste schil.
De ontdekking van exoplaneten heeft ook de interesse vergroot in de zoektocht naar buitenaards leven, met name voor die in de bewoonbare zone van de gastster. Ook bekend als de “goldilocks zone”, dit is het gebied van het zonnestelsel waar de omstandigheden warm genoeg zijn (maar niet te warm) zodat het mogelijk is voor vloeibaar water (en dus leven) om te bestaan op het oppervlak van de planeet.
voordat Kepler werd ingezet, viel het overgrote deel van de bevestigde exoplaneten in de categorie Jupiter-grootte of groter. Echter, in de loop van haar missies, Kepler erin geslaagd om meer dan 6000 potentiële kandidaten te identificeren, velen van hen vallen in de categorieën van de aarde-grootte of “Super-aarde” grootte. Veel van deze sterren bevinden zich in de bewoonbare zone van hun oudersterren, en sommige zelfs rond zonachtige sterren.volgens een studie uitgevoerd door NASA ‘ s Ames Research Center, blijkt uit analyse van de gegevens van de Kepler-missie dat ongeveer 24% van de sterren van de M-Klasse mogelijk bewoonbare planeten ter grootte van de aarde Herbergen (d.w.z. die kleiner zijn dan 1,6 keer de straal van die van de aarde). Gebaseerd op het aantal sterren van de M-klasse in het melkwegstelsel, vertegenwoordigt dat alleen al ongeveer 10 miljard potentieel bewoonbare, aarde-achtige werelden.
ondertussen suggereren analyses van de K2-fase dat ongeveer een kwart van de grotere sterren ook een planeet ter grootte van de aarde rond hun leefbare zones heeft. Samen vormen de door Kepler waargenomen sterren ongeveer 70% van die in de Melkweg. Men kan dus schatten dat er letterlijk tientallen miljarden potentieel bewoonbare planeten zijn in ons melkwegstelsel alleen al.
detectiemethoden:
sommige exoplaneten zijn rechtstreeks waargenomen met telescopen (een proces dat bekend staat als “directe beeldvorming”), maar het overgrote deel is gedetecteerd met indirecte methoden zoals de transit-methode en de radiale snelheidsmethode. In het geval van de Doorvoermethode (aka. Transit fotometrie), wordt een planeet waargenomen bij het oversteken van het pad (dat wil zeggen transit) voor de schijf van de moederster.
wanneer dit gebeurt, daalt de waargenomen helderheid van de ster met een kleine hoeveelheid. Dit kan worden gebruikt om de straal van de planeet te bepalen en kan soms toestaan dat de atmosfeer van een planeet wordt onderzocht door middel van spectroscopie. Het lijdt echter ook aan een aanzienlijk aantal valse positieven en vereist dat een deel van de baan van de planeet kruist met een zichtlijn tussen de gastster en de aarde.
daarom wordt bevestiging met een andere methode meestal noodzakelijk geacht. Niettemin blijft het de meest gebruikte methode en is het verantwoordelijk voor meer ontdekkingen van exoplaneten dan alle andere methoden samen. Zowel de Kepler ruimtetelescoop als TESS zijn speciaal ontworpen om dit soort fotometrie uit te voeren (zie hierboven).
De radiale snelheid (of Dopplermethode) omvat het meten van de radiale snelheid van de ster, d.w.z. De snelheid waarmee hij naar of van de aarde beweegt. Het is een middel om planeten te detecteren omdat, als planeten rond een ster draaien, ze een gravitationele invloed uitoefenen die ervoor zorgt dat de ster zelf beweegt in zijn eigen kleine baan rond het massacentrum van het systeem. Deze methode heeft het voordeel dat ze toepasbaar is op Sterren met een breed scala aan kenmerken.
echter, een van de nadelen is dat het de werkelijke massa van een planeet niet kan bepalen, maar alleen een ondergrens op die massa kan instellen. Het blijft de op een na meest effectieve techniek die door exoplanetjagers wordt toegepast. Andere methoden omvatten Transit Timing variatie (TTV) en gravitationele Microlensing. De eerste is gebaseerd op het meten van de variaties in de tijden van transit voor een planeet om het bestaan van anderen te bepalen.
Deze methode is effectief bij het bepalen van het bestaan van meerdere transiterende planeten in één systeem, maar vereist dat het bestaan van ten minste één reeds wordt bevestigd. In een andere vorm van de methode kan de timing van de verduisteringen in een eclipserende dubbelster een buitenplaneet onthullen die om beide sterren draait. Vanaf februari 2020, 21 planeten zijn gevonden met deze methode, terwijl tal van meer werden bevestigd.
in het geval van gravitationele Microlensing verwijst dit naar het effect dat het gravitationele veld van een ster kan hebben, dat fungeert als een lens om het licht van een verre achtergrondster te vergroten. Planeten rond deze ster kunnen detecteerbare afwijkingen in de vergroting in de tijd veroorzaken, waardoor hun aanwezigheid wordt aangegeven. Deze techniek is effectief in het detecteren van sterren die een bredere baan hebben (1-10 AUs) van zonachtige sterren.
andere methoden bestaan, en – alleen of in combinatie – hebben de detectie en bevestiging van meer dan vierduizend exoplaneten mogelijk gemaakt, terwijl nog eens 5.742 kandidaten wachten op bevestiging. Daarvan waren 1473 (34%) gasreuzen vergelijkbaar met Neptunus (Neptunus-achtig), terwijl 1359 (31%) gasreuzen vergelijkbaar waren met Jupiter (Jupiter-achtig).
nog eens 1340 (31%) zijn terrestrische planeten die meerdere malen zwaarder zijn dan de aarde (superaarde), terwijl 163 vergelijkbaar zijn met de aarde in termen van grootte en Massa (4%). Nog eens 6 exoplaneten zijn ontdekt en bevestigd die niet geclassificeerd blijven.
het dichtst bij de aarde
Op 24 augustus 2016 bevestigde het ESO het bestaan van een rotsachtige exoplaneet ter grootte van de aarde die rond Proxima Centauri cirkelt, een M-type (rode dwerg) ster op 4,25 lichtjaar afstand. Dit maakt dat deze exoplaneet, bekend als Proxima b, het dichtst bij de Aarde staat. Net zo belangrijk is het feit dat hij in een baan rond Proxima Centauri ‘ s bewoonbare zone rondloopt. de ontdekking werd gedaan door de Pale Red Dot campaign en een team van astronomen onder leiding van Dr.Guillem Anglada-Escudé van de Queen Mary University of London. Gebaseerd op observaties gemaakt met behulp van de High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) en Ultraviolet en Visual Echelle (uve) spectrografen van de ESO la Silla Observatory en Very Large Telescope.
Op basis van de gegevens verkregen door de Pale Red Dot campagne en daaropvolgende waarnemingen, wordt Proxima b geschat op 1,2 keer zo massief als de aarde en tussen één en 1,3 keer zo groot. Hij draait om zijn moederster op een afstand van ongeveer 0,05 ae (7,5 miljoen km; 4,6 miljoen) en duurt slechts 11,2 dagen om een enkele baan te voltooien. Zoals veel rotsplaneten die rond M-Type sterren draaien, is Proxima b waarschijnlijk tidaal vergrendeld.
gezien het zwakke karakter van sterren van het M-type en hun neiging om krachtige fakkels te produceren, is het onduidelijk of Proxima b in de loop van de tijd een atmosfeer en vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen behouden. Er zijn meerdere studies en klimaatmodellen uitgevoerd om de kans te bepalen dat Proxima b in staat is om leven te ondersteunen, maar er is geen wetenschappelijke consensus ontstaan.
aan de ene kant hebben meerdere studies geconcludeerd dat zonnevlam activiteit van zijn gastheerster onvermijdelijk Proxima b van zijn atmosfeer zou verwijderen en het oppervlak zou bestralen. Ondertussen is uit ander onderzoek en modellering gebleken dat als Proxima b een magnetisch veld, een dichte atmosfeer en veel oppervlaktewater en bewolking heeft, de kans dat het bewoonbaar is bemoedigend is.in januari 2020 kondigde een door het INAF geleid team van astronomen de mogelijke detectie aan van een tweede planeet rond Proxima Centauri (met behulp van radiale snelheidsmetingen). Volgens het rapport van het onderzoeksteam wezen hun metingen op de aanwezigheid van een mini-Neptunus (Proxima c) die rond zijn moederster cirkelt op een afstand van 1,5 ae (~224,4 miljoen km; ~139,4 miljoen mi).
in juni 2020 gebruikte een team van astronomen van het McDonald Observatorium van de Universiteit van Texas radiale snelheidsmetingen verzameld door Hubble (25 jaar geleden) om de aanwezigheid van Proxima c Te bevestigen. 8 Jupiter massa ‘ s en ~1900 dagen, respectievelijk.in December 2020 kondigden astronomen van de Parkes radiotelescoop in Australië de detectie aan van een “prikkelend” radiosignaal uit de richting van Proxima Centauri. Het signaal werd opgepikt tussen April en Mei 2019 als onderdeel van een doorbraak luister observatie campagne. Dit signaal, Breakthrough Listen Candidate 1 (BLC1), duurde 30 uur en toonde een aantal merkwaardige kenmerken.
het signaal was bijvoorbeeld een extreem scherpe smalbandemissie-bij 982 megahertz (MHz) – die een verschuiving in frequentie leek te ondergaan (aka. Doppler shift). Volgens verschillende astrofysici is dit consistent met een bewegende bron (dat wil zeggen een planeet die om zijn ster draait). De wetenschappelijke gemeenschap heeft sindsdien echter aangekondigd dat het signaal waarschijnlijk niet anders zal zijn dan het resultaat van natuurverschijnselen.
huidige missies
Op 18 April 2018 lanceerde NASA de transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) naar de ruimte. Deze missie heeft het spoor van Kepler opgepikt, met dezelfde methode, maar superieure instrumenten om duizenden sterren tegelijk te monitoren. Uitgerust met vier groothoek telescopen en bijbehorende charge-coupled device (CCD) detectoren, heeft TESS momenteel de eerste spaceborne all-sky Transit exoplanet survey.
de primaire missie van TESS duurde twee jaar – officieel eindigend op 5 juli 2020 – gevolgd door de aankondiging van een verlenging met 27 maanden op 12 augustus. Voor het eerste jaar van haar uitgebreide missie zal TESS het zuidelijke eclipticale halfrond opnieuw observeren (dat ze tijdens haar primaire missie heeft geobserveerd) en de volgende 15 maanden zal ze de kunst van het noordelijke eclipticale halfrond en ~60% van de ecliptica monitoren.tijdens haar primaire missie scande TESS ongeveer 75% van de hemel en onderzocht 200.000 van de helderste sterren in de buurt van de zon op tekenen van transiterende exoplaneten. Op 6 februari 2021 heeft de TESS-missie in totaal 2487 exoplaneten ontdekt en 107 exoplaneten bevestigd, variërend van aardse kandidaten tot Super-Jupiters.
bovendien bleef het ESA-Observatorium gaia van de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA) de exacte posities, eigenbewegingen en banen van meer dan 1 miljard sterren, planeten, kometen, asteroïden en quasars volgen. Deze missie begon in 2013 (hetzelfde jaar dat de Herschel ruimtetelescoop van ESA met pensioen ging) en de primaire missie was bedoeld om vijf jaar te duren. op dit moment maakt Gaia deel uit van een uitgebreid deel van zijn missie dat zal duren tot 31 December 2022, hoewel het naar verwachting nog een verlenging zal ontvangen tot 31 December 2025. Tot op heden is de missie in continue werking voor 7 jaar, 1 maand, en 18 dagen, en zal blijven om de kosmos in kaart te brengen in het belang van het creëren van de grootste en meest nauwkeurige 3D ruimte catalogus ooit gemaakt.
een andere exoplanet-jachtmissie onder toezicht van de ESA is de kenmerkende Exoplanets Satellite (CHEOPS), die op Dec werd gelanceerd. 18th, 2019, en is de eerste kleine klasse missie in de ESA ‘ s Cosmic Vision science program. Tussen nu en het einde van zijn primaire missie (gepland voor midden 2023), zal CHEOPS bekende exoplaneten bestuderen om nauwkeurigere schattingen te verkrijgen van hun massa, dichtheid, samenstelling en vorming.
en natuurlijk is er de eerbiedwaardige Hubble Ruimtetelescoop, die al meer dan 30 jaar in gebruik is! Naast het doen van diepgaande ontdekkingen die onze perceptie van het universum om ons heen hebben veranderd (zoals het meten van de snelheid van kosmische expansie, wat leidt tot de theorie van donkere energie), heeft Hubble ook een vitale rol gespeeld in de detectie en karakterisering van exoplaneten.in het begin van zijn missie ontdekte Hubble bijvoorbeeld brokstukken rond verre sterren (waaruit planeten ontstaan) en planetenstelsels die zich aan het vormen waren. Ondertussen hebben de archieven van Hubble ‘ s waarnemingen in het verleden astronomen in staat gesteld om terug te gaan en bewijs te vinden van planeten die transits maken voor hun sterren, evenals spectra die het mogelijk maakten om exoplaneten atmosferen te karakteriseren. Hubble ‘ s vele jaren van observatie hielp astronomen ook om de diversiteit van exoplaneten te leren kennen en de huidige methode voor het classificeren van exoplaneten vast te stellen. Bovendien heeft Hubble astronomen veel geleerd over de diversiteit van oudersterren en hoe hun kenmerken de bewoonbaarheid van een planeet kunnen beïnvloeden.
toekomstige missies
de komende jaren zullen verschillende ruimtetelescopen van de volgende generatie naar de ruimte worden gestuurd om te helpen bij de voortdurende jacht op bewoonbare exoplaneten. Op 31 oktober 2021 wordt de langverwachte James Webb Space Telescope (JWST) van NASA gelanceerd naar zijn positie op het L2 Lagrange-punt van de zon en de aarde. Deze missie zal de grootste en meest geavanceerde ruimtetelescoop tot nu toe zijn en zal een complexe stationeringsfase moeten doorlopen zodra hij in positie is.
met behulp van zijn zeer geavanceerde infrarood (IR) suite en lichtblokkerende coronografen, zal de JWST in staat zijn om lagere massa exoplaneten te detecteren die dichter bij hun sterren draaien. Dit is waar de meeste aardachtige rotsachtige planeten die in een baan rond de bewoonbare zone van een ster draaien (en daarom als “potentieel bewoonbaar” worden beschouwd) worden verwacht te worden gevonden.
tot nu toe hebben bestaande ruimtetelescopen niet de resolutie of gevoeligheid om deze planeten te bestuderen via directe beeldvorming. Bestaande telescopen zijn ook niet in staat geweest om spectra te verkrijgen van kleinere, rotsachtige planeten wanneer ze voor hun sterren passeren. De JWST-instrumenten kunnen echter de chemische samenstelling van exoplanetatmosferen bepalen door te onderzoeken welke ir-golflengten worden geabsorbeerd en / of uitgestraald.
Er is ook de Nancy Grace Roman Space Telescope, een opvolger missie bijgenaamd de ” moeder van Hubble.”Kammen een 2.4 meter (ft) primaire spiegel met de Wide-Field Instrument IR-camera, een coronograaf, een spectrometer, en een groot gezichtsveld, zal de Romeinse ruimtetelescoop in staat zijn om dezelfde beeldscherpte van Hubble te brengen naar een gebied van de hemel 100 keer zo groot.
De ESA bereidt ook een reeks observatoria van de volgende generatie voor, zoals de planetaire Transits and Oscillations of stars (PLATO) ruimtetelescoop. Deze missie zal tot een miljoen sterren observeren voor planetaire transits, proberen hun atmosferen te karakteriseren en sterren karakteriseren door hun oscillaties te meten. Dit is de derde medium-class missie in het ESA ‘ s Cosmic Vision programma en is gepland om ergens in 2022 te lanceren.
Dit zal worden gevolgd door de vierde medium missie van de Cosmic Vision, bekend als de Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL). Deze missie, die ergens in 2029 van start zal gaan, zal ten minste 1000 bekende exoplaneten observeren terwijl ze voor hun sterren reizen om de samenstelling en thermische structuren van hun atmosferen te bestuderen en te karakteriseren.
Er is een heel universum van werelden die er zijn om te ontdekken, en we hebben nauwelijks het oppervlak gekrast!
Universe Today heeft veel interessante artikelen over exoplaneten. Hier is wat betekent” Earthlike”eigenlijk & moet het van toepassing zijn op Proxima Centauri b?, Gericht op’ Second-Earth ‘ kandidaten in de Kepler catalogus, nieuwe techniek om Aarde-achtige exoplaneten te vinden, potentieel bewoonbare exoplaneten bevestigd rond de dichtstbijzijnde ster!, Planetaire Habitability Index Stelt Een Minder “Aarde-Centric” Kijk Op Zoek Naar Leven, Bewoonbare Aarde-Achtige Exoplaneten Zou Dichterbij Dan We Denken.
voor meer informatie, kijk op Kepler ‘ s home page bij NASA. De pagina van de Planetaire samenleving over exoplaneten is ook interessant, net als het NASA Exoplanet Archive-dat wordt onderhouden met de hulp van Caltech.
Astronomy Cast heeft een aflevering over het onderwerp – Episode 2: In Search Of Other Worlds.
Leave a Reply