Europski tim astronoma [1] otkrio je najlakši poznati planet na orbiti oko druge zvijezde osim sunca ("egzoplaneta").
Nova egzoplanet kruži oko sjajne zvijezde mu Arae smještene u sazviježđu južnog oltara. To je drugi planet otkriven oko ove zvijezde i dovršio je punu revoluciju u 9,5 dana.
S masom od samo 14 puta većom od mase Zemlje, novi planet leži na pragu najvećih mogućih stjenovitih planeta, što ga čini mogućim super Zemlji sličnim objektom. Uran, najmanji od ogromnih planeta Sunčevog sustava ima sličnu masu. Međutim, Uran i nova egzoplaneta toliko se razlikuju po udaljenosti od zvijezde domaćina, da su vjerojatno da će se njihova formacija i struktura vrlo razlikovati.
Ovo otkriće omogućeno je neviđenom preciznošću HARPS spektrografa na ESO-ovom 3,6-metarskom teleskopu u La Silla, koji omogućava radijalne brzine koje se mjere s preciznošću boljom od 1 m / s. To je još jedan jasan dokaz europskog liderstva u području egzoplanetičkih istraživanja.
Jedinstvena mašina za lov na planete
Otkako su 1995. otkrili planet oko zvijezde 51 Peg Michel gradonačelnika i Didier Queloz iz Ženevskog opservatorija (Švicarska), astronomi su saznali da naš Sunčev sustav nije jedinstven jer je otkriveno više od 120 divovskih planeta u orbiti oko drugih zvijezda uglavnom istraživanjima radijalne brzine (usp. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 i ESO PR 03/03).
Ova temeljna promatračka metoda temelji se na otkrivanju varijacija u brzini središnje zvijezde, zbog promjene smjera gravitacijskog povlačenja s (nevidljivog) egzoplaneta dok kruži oko zvijezde. Procjena izmjerenih odstupanja u brzini omogućuje da se utvrdi orbita planeta, posebno razdoblje i udaljenost od zvijezde, kao i minimalna masa [2].
Nastavak potrage za egzoplanetima zahtijeva sve bolju i bolju instrumentaciju. U tom je kontekstu ESO nesumnjivo preuzeo vodstvo s novim HARPS spektrografom (pretraživač planetarne brzine velike preciznosti) 3,6-metarskog teleskopa u ESO-ovom opservatoriju La Silla (vidi ESO PR 06/03). Ponudjen u listopadu 2003. istraživačkoj zajednici u zemljama članicama ESO-a, ovaj jedinstveni instrument optimiziran je za otkrivanje planeta u orbiti oko drugih zvijezda („egzoplaneta“) preciznim (radijalnim) mjerenjima brzina s preciznom preciznošću od 1 metra u sekundi ,
HARPS je izgradio europski konzorcij [3] u suradnji s ESO-om. Već od početka rada pokazao je vrlo visoku učinkovitost. U usporedbi s CORALIE-om, još jednim poznatim spektrografom optimiziranim za lov na planete, instaliranim na 1,2-m teleskopu Swiss-Euler u La Silla (usp. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), tipična vremena promatranja smanjena su s faktorom sto, a točnost mjerenja povećana je za faktor deset.
Ova poboljšanja otvorila su nove perspektive u potrazi za ekstra-solarnim planetima i postavila nove standarde u pogledu instrumentalne preciznosti.
Planetarni sustav oko mu Arae
Zvjezdana mu Arae udaljena je oko 50 svjetlosnih godina. Ova zvijezda slična suncu nalazi se u južnom zviježđu Ara (oltar) i dovoljno je svijetla (5. magnitude) da se može promatrati neobuđenim okom.
Mu Arae je već znao da ima planet veličine Jupitera u orbitalnom razdoblju od 650 dana. Prethodna zapažanja također su nagovještavala prisustvo drugog pratioca (planeta ili zvijezda) mnogo dalje.
Nova mjerenja dobivena od strane astronoma na ovom objektu u kombinaciji s podacima drugih timova potvrđuju ovu sliku. Ali kako kaže Franjois Bouchy, član tima: "Nova mjerenja HARPS-a nisu samo potvrdila ono za što smo ranije vjerovali da znamo o ovoj zvijezdi, već su pokazali i da je prisutan dodatni planet na kratkoj orbiti. Čini se da je ova nova planeta najmanja još otkrivena oko zvijezde osim sunca. To čini Ara Ara vrlo uzbudljivim planetarnim sustavom. "
Tijekom 8 noći u lipnju 2004. godine, mu Arae je više puta promatran, a njegova radijalna brzina mjerena je HARPS-om kako bi se dobili podaci o unutrašnjosti zvijezde. Ova takozvana tehnika astero-seizmologije (vidi ESO PR 15/01) proučava male akustične valove zbog kojih površina zvijezde periodično pulsira unutra i van. Poznavajući unutarnju strukturu zvijezde, astronomi su imali za cilj razumjeti podrijetlo neobične količine teških elemenata opaženih u njenoj zvjezdanoj atmosferi. Ovaj neobični kemijski sastav mogao bi pružiti jedinstvene podatke povijesti planeta formiranja.
Nuno Santos, još jedan član tima: "Na naše iznenađenje, analiza novih mjerenja otkrila je promjenu radijalne brzine s vremenom od 9,5 dana iznad signala akustičke oscilacije!"
Ovo je otkriće omogućeno zahvaljujući velikom broju mjerenja dobivenim tijekom kampanje za astero-seimologiju.
Od ovog datuma, zvijezdu, koja je također bila dio programa za istraživanje konzorcija HARPS, redovito se prati pažljivom strategijom promatranja kako bi se smanjio "seizmički šum" zvijezde.
Ovi novi podaci potvrdili su i amplitudu i periodičnost promjena radijalne brzine pronađene tijekom 8 noći u lipnju. Astronomi su dobili samo jedno uvjerljivo objašnjenje ovog periodičnog signala: drugi planet orbitira mu Arae i izvršio je punu revoluciju za 9,5 dana.
Ali ovo nije bilo jedino iznenađenje: iz amplitude radijalne brzine, to je veličine kolebanja izazvanog gravitacijskim povlačenjem planeta na zvijezdu, astronomi su dobili planetu masu samo 14 puta veću od mase Zemlje ! Riječ je o masi Urana, najmanjeg od ogromnih planeta u Sunčevom sustavu.
Novo pronađena egzoplaneta stoga postavlja novi rekord u najmanjoj planeti otkrivenoj oko zvijezde solarnog tipa.
Na granici
Masa ovog planeta postavlja ga na granicu između vrlo velikih (stjenovitih) planeta i ogromnih planeta.
Budući da su trenutačni modeli planetarnih formacija još uvijek u stanju objasniti svu nevjerojatnu raznolikost koja se opaža među otkrivenim ekstrasolarnim planetima, astronomi mogu samo nagađati o stvarnoj prirodi ovog objekta. U trenutnoj paradigmi stvaranja divovskih planeta jezgra se formira najprije kroz nagomilavanje čvrstih "planetesimala". Jednom kada ova jezgra dosegne kritičnu masu, plin se akumulira na „bijesni“ način i masa planete se brzo povećava. U ovom slučaju, ova se kasnija faza vjerojatno neće dogoditi jer bi u protivnom planet postao mnogo masivniji. Nadalje, nedavni modeli koji pokazuju da migracija skraćuje vrijeme formacije, malo je vjerojatno da je sadašnji objekt migrirao preko velikih udaljenosti i ostao tako malen.
Stoga će ovaj objekt vjerojatno biti planet s kamenitom (a ne ledenom) jezgrom okruženom malom (otprilike desetinom ukupne mase) plinovitom omotačem i stoga bi se kvalificirao kao "super-Zemlja".
Daljnje perspektive
Konzorcijum HARPS, na čelu s Michelom gradonačelnikom (Ženevski opservatorij, Švicarska), tijekom petogodišnjeg razdoblja na teleskopu ESO 3.6 m dodijeljeno je 100 promatračkih noći za obavljanje jedne od najambicioznijih sustavnih pretraga egzoplaneta do sada provedeno u cijelom svijetu. U tom cilju, konzorcij opetovano mjeri stotine zvijezda koje mogu koristiti planetarne sustave.
Otkrivanje ovog novog svjetlosnog planeta nakon manje od godinu dana rada pokazuje izvanredan potencijal HARPS-a za otkrivanje kamenih planeta na kratkim orbitama. Daljnja analiza pokazuje da performanse postignute HARPS-om omogućuju otkrivanje velikih „teluričnih“ planeta sa samo nekoliko puta većom masom Zemlje. Takva sposobnost veliko je poboljšanje u usporedbi s prošlim istraživanjima planeta. Otkrivanje takvih stjenovitih objekata pojačava zanimanje za buduće tranzitne detekcije iz svemira s misijama COROT, Eddington i KEPLER koje će biti u mogućnosti izmjeriti njihov polumjer.
Više informacija
Istraživanje opisano u ovom priopćenju objavljeno je radi objavljivanja u vodećem astrofizičkom časopisu "Astronomy and Astrophysics". Pretisak je dostupan kao datoteka s postkriptom na http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Bilješke
[1]: Tim čine Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran'is Bouchy i Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Francuska), Michel gradonačelnik, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry i Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Švicarska), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Francuska), Gaspare Lo Curto i Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Francuska), Willy Benz i Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Švicarska), i Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri? Re-le-Buisson, Pariz, Francuska) ,
[2] Temeljno ograničenje metode radijalne brzine nepoznanica je nagiba planetarne orbite koji samo omogućava određivanje donje granice mase planeta. Međutim, statistička razmatranja pokazuju da u većini slučajeva prava masa neće biti puno veća od ove vrijednosti. Jedinice mase za egzoplanete korištene u ovom tekstu su 1 Jupiterova masa = 22 mase Urana = 318 Zemaljskih masa; 1 Uranova masa = 14,5 Zemljinih masa.
[3] HARPS je osmislio i izgradio međunarodni konzorcij istraživačkih instituta, na čelu s Observatoire de Genstve (Švicarska), uključujući Observatoire de Haute-Provence (Francuska), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Švicarska), Service d'Aeronomie (CNRS, Francuska), kao i ESO La Silla i ESO Garching.
Izvorni izvor: ESO News Release
