Ett europeiskt team av astronomer [1] har upptäckt den lättaste kända planeten som kretsar runt en annan stjärna än solen (en "exoplanet").
Den nya exoplaneten kretsar kring den ljusa stjärnan Mu Arae som ligger i södra Altar-stjärnbilden. Det är den andra planeten som upptäcktes runt denna stjärna och fullbordar en full revolution på 9,5 dagar.
Med en massa på bara 14 gånger jordens massa ligger den nya planeten vid tröskeln för de största möjliga steniga planeterna, vilket gör den till ett möjligt superjordliknande objekt. Uranus, den minsta av solsystemets jätteplaneter har en liknande massa. Uranus och den nya exoplaneten skiljer sig emellertid så mycket på deras avstånd från värdstjärnan att deras bildning och struktur troligen kommer att vara mycket olika.
Upptäckten möjliggjordes av den enastående noggrannheten hos HARPS-spektrografen på ESO: s 3,6 m-teleskop vid La Silla, vilket gör att radiella hastigheter kan mätas med en precision som är bättre än 1 m / s. Det är en annan tydlig demonstration av det europeiska ledarskapet inom exoplanetforskning.
En unik planetjaktmaskin
Sedan den första upptäckten 1995 av en planet runt stjärnan 51 Peg av Michel Mayor och Didier Queloz från Genèveobservatoriet (Schweiz) har astronomer fått veta att vårt solsystem inte är unikt, eftersom mer än 120 jätteplaneter som kretsar kring andra stjärnor upptäcktes mestadels genom radialhastighetsundersökningar (jfr ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 och ESO PR 03/03).
Denna grundläggande observationsmetod är baserad på detektering av variationer i hastigheten hos den centrala stjärnan, på grund av den förändrade riktningen för gravitationskraften från en (osynlig) exoplanet när den kretsar kring stjärnan. Utvärderingen av de uppmätta hastighetsvariationerna gör det möjligt att härleda planetens omloppsbana, särskilt perioden och avståndet från stjärnan, såväl som en minsta massa [2].
Den fortsatta strävan efter exoplaneter kräver bättre och bättre instrumentering. I detta sammanhang tog ESO utan tvekan ledningen med den nya HARPS-spektrografen (High precision Radial Velocity Planet Searcher) för 3,6 m-teleskopet vid ESO La Silla Observatory (se ESO PR 06/03). Detta unika instrument, som erbjöds i oktober 2003 till forskarsamhället i ESO-medlemsländerna, är optimerat för att detektera planeter i omloppsbana runt andra stjärnor ("exoplaneter") med hjälp av exakta (radiella) hastighetsmätningar med en ojämlik precision på 1 meter per sekund .
HARPS byggdes av ett europeiskt konsortium [3] i samarbete med ESO. Redan från början av sin verksamhet har den visat sin mycket höga effektivitet. I jämförelse med CORALIE, en annan välkänd planetjaktoptimerad spektrograf som installerades på Swiss-Euler 1,2-m-teleskopet vid La Silla (se ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), har de typiska observationstiderna reducerats med en faktor hundra och mätnoggrannheten har ökats med en faktor tio.
Dessa förbättringar har öppnat nya perspektiv i jakten på extrasolplaneter och har satt nya standarder när det gäller instrumentell precision.
Planetsystemet runt mu Arae
Stjärnan mu Arae är cirka 50 ljusår bort. Denna solliknande stjärna är belägen i den södra konstellationen Ara (altaret) och är tillräckligt ljus (5: e storleken) för att observeras med det blotta ögat.
Mu Arae var redan känd för att ha hamn på en Jupiter-storlek planet med en 650-dagars omloppsperiod. Tidigare observationer antydde också närvaron av en annan följeslagare (en planet eller en stjärna) mycket längre bort.
De nya mätningarna som erhållits av astronomerna på detta objekt i kombination med data från andra team bekräftar denna bild. Men som Fran? Ois Bouchy, medlem av teamet, säger: ”Inte bara bekräftade de nya HARPS-mätningarna vad vi tidigare trodde veta om denna stjärna utan de visade också att en ytterligare planet på kort bana var närvarande. Och denna nya planet verkar vara den minsta men upptäcktes runt en annan stjärna än solen. Detta gör mu Arae till ett mycket spännande planetarsystem. ”
Under 8 nätter i juni 2004 observerades mu Arae upprepade gånger och dess radiella hastighet mättes med HARPS för att få information om stjärnans inre. Denna så kallade astero-seismologiteknik (se ESO PR 15/01) studerar de små akustiska vågorna som gör att stjärnans yta periodvis pulserar in och ut. Genom att känna stjärnans inre struktur syftade astronomerna till att förstå ursprunget till den ovanliga mängden tunga element som observerats i dess stjärniga atmosfär. Denna ovanliga kemiska sammansättning kan ge unik information till planets bildningshistorik.
Nuno Santos, en annan medlem av teamet, säger: "Till vår överraskning avslöjade analysen av de nya mätningarna en radiell hastighetsvariation med en period på 9,5 dagar ovanpå den akustiska svängningssignalen!"
Denna upptäckt har möjliggjorts tack vare det stora antalet mätningar som erhölls under astero-seimologikampanjen.
Från detta datum övervakades stjärnan, som också var en del av HARPS konsortiumundersökningsprogram, regelbundet med en noggrann observationsstrategi för att minska stjärnens "seismiska buller".
Dessa nya data bekräftade både amplituden och periodiciteten för de radiella hastighetsvariationerna som hittades under de 8 nätter i juni. Astronomerna satt kvar med bara en övertygande förklaring till denna periodiska signal: en andra planet kretsar kring mu Arae och åstadkommer en full revolution på 9,5 dagar.
Men detta var inte den enda överraskningen: från radialhastighetsamplituden, det vill säga storleken på wobble som inducerats av planetens tyngdkraft på stjärnan, härledde astronomerna en massa för planeten på bara 14 gånger jordens massa ! Detta handlar om massan av Uranus, den minsta av jätteplaneterna i solsystemet.
Den nyligen hittade exoplaneten sätter därför ett nytt rekord på den minsta planeten som upptäcktes kring en solstjärna.
Vid gränsen
Denna planets massa placerar den vid gränsen mellan de mycket stora jordliknande (steniga) planeterna och jätteplaneterna.
Eftersom de nuvarande modellerna för planeten är fortfarande långt ifrån att kunna redogöra för all den otroliga mångfalden som observeras bland de upptäckta extrasolära planeterna, kan astronomer bara spekulera om det aktuella objektets sanna natur. I det nuvarande paradigmet av gigantisk planetbildning bildas en kärna först genom tillträde av solida ”planetesimaler”. När denna kärna når en kritisk massa, ackumuleras gas på ett "springande" sätt och planetens massa ökar snabbt. I det aktuella fallet är det inte troligt att denna senare fas har hänt för annars skulle planeten ha blivit mycket mer massiv. Dessutom har nya modeller som har visat att migration förkortar bildningstiden, det är osannolikt att det aktuella objektet har migrerat över stora avstånd och kvarstått av en så liten massa.
Det här objektet är därför troligtvis en planet med en stenig (inte en isig) kärna omgiven av ett litet (i storleksordningen en tiondel av den totala massan) gasformiga kuvert och skulle därför kunna betecknas som en "superjord".
Ytterligare utsikter
HARPS-konsortiet, under ledning av Michel Mayor (Genèveobservatoriet, Schweiz), har beviljats 100 observatörskvällar per år under en femårsperiod vid ESO 3,6-m teleskop för att utföra en av de mest ambitiösa systematiska sökningarna efter exoplaneter som hittills genomförts över hela världen. För detta syfte mäter konsortiet upprepade gånger hastigheter på hundratals stjärnor som kan innehålla planetariska system.
Upptäckten av denna nya ljusplanet efter mindre än ett års drift visar HARPS enastående potential för att upptäcka steniga planeter på korta banor. Ytterligare analys visar att prestanda som uppnåtts med HARPS möjliggör detektering av stora ”telluriska” planeter med bara ett par gånger jordens massa. En sådan kapacitet är en stor förbättring jämfört med tidigare planetundersökningar. Upptäckt av sådana steniga föremål stärker intresset för framtida transitdetekteringar från rymden med uppdrag som COROT, Eddington och KEPLER som ska kunna mäta deras radie.
Mer information
Den forskning som beskrivs i detta pressmeddelande har lämnats in för publicering till den ledande astrofysiska tidskriften "Astronomy and Astrophysics". En förtryck är tillgänglig som ett postscript-fil på http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
anteckningar
[1]: Teamet består av Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran? Ois Bouchy och Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Frankrike), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry och Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Schweiz), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Frankrike), Gaspare Lo Curto och Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Frankrike), Willy Benz och Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Schweiz) och Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri-re-le-Buisson, Paris, Frankrike) .
[2] En grundläggande begränsning av metoden med radiell hastighet är den okända för lutningen av planetbanan som endast tillåter bestämning av en lägre massgräns för planeten. Statistiska överväganden indikerar dock att i de flesta fall kommer den verkliga massan inte att vara mycket högre än detta värde. Massenheterna för exoplaneterna som används i denna text är 1 Jupitermassa = 22 uranmassor = 318 jordmassor; 1 Uranusmassa = 14,5 jordmassor.
[3] HARPS har designats och byggts av ett internationellt konsortium av forskningsinstitut, leds av Observatoire de Genève (Schweiz) och inklusive Observatoire de Haute-Provence (Frankrike), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Schweiz), Service d'Aeronomie (CNRS, Frankrike), samt ESO La Silla och ESO Garching.
Ursprungskälla: ESO News Release
