Europejski zespół astronomów [1] odkrył najlżejszą znaną planetę krążącą wokół gwiazdy innej niż Słońce („egzoplaneta”).
Nowa egzoplaneta krąży wokół jasnej gwiazdy mu Arae znajdującej się w gwiazdozbiorze Ołtarza Południowego. Jest to druga planeta odkryta wokół tej gwiazdy i dokonuje pełnej rewolucji w 9,5 dnia.
Mając masę zaledwie 14-krotną masę Ziemi, nowa planeta leży u progu największych możliwych planet skalistych, co czyni ją możliwym obiektem bardzo podobnym do Ziemi. Uran, najmniejsza z gigantycznych planet Układu Słonecznego, ma podobną masę. Jednak Uran i nowa egzoplaneta różnią się tak bardzo odległością od gwiazdy macierzystej, że ich formacja i struktura mogą być bardzo różne.
Odkrycie to było możliwe dzięki niespotykanej dokładności spektrografu HARPS na 3,6-metrowym teleskopie ESO w La Silla, który umożliwia pomiar prędkości promieniowych z dokładnością lepszą niż 1 m / s. Jest to kolejna wyraźna demonstracja europejskiego przywództwa w dziedzinie badań egzoplanet.
Unikalna maszyna do polowania na planety
Od pierwszego wykrycia w 1995 roku planety wokół gwiazdy 51 Peg autorstwa Michela Mayora i Didiera Queloza z Obserwatorium w Genewie (Szwajcaria) astronomowie dowiedzieli się, że nasz Układ Słoneczny nie jest wyjątkowy, ponieważ odkryto ponad 120 gigantycznych planet krążących wokół innych gwiazd głównie za pomocą badań prędkości radialnej (por. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 i ESO PR 03/03).
Ta podstawowa metoda obserwacyjna opiera się na wykrywaniu zmian prędkości gwiazdy centralnej, ze względu na zmieniający się kierunek przyciągania grawitacyjnego z (niewidzialnej) egzoplanety krążącej wokół gwiazdy. Ocena zmierzonych zmian prędkości pozwala wydedukować orbitę planety, w szczególności okres i odległość od gwiazdy, a także masę minimalną [2].
Ciągłe poszukiwanie egzoplanet wymaga coraz lepszych instrumentów. W tym kontekście ESO niewątpliwie objęło przywództwo nowym spektrografem HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) 3,6-metrowego teleskopu w Obserwatorium ESO La Silla (patrz ESO PR 06/03). Oferowany w październiku 2003 r. Społeczności naukowej w krajach członkowskich ESO, ten wyjątkowy przyrząd jest zoptymalizowany do wykrywania planet na orbicie wokół innych gwiazd („egzoplanet”) za pomocą dokładnych (promieniowych) pomiarów prędkości z niezrównaną dokładnością 1 metra na sekundę .
HARPS został zbudowany przez europejskie konsorcjum [3] we współpracy z ESO. Już od początku swojej działalności wykazał się bardzo wysoką wydajnością. W porównaniu z CORALIE, innym dobrze znanym zoptymalizowanym spektrografem do polowania na planety zainstalowanym w szwajcarskim Euler 1,2-metrowym teleskopie w La Silla (por. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), typowe czasy obserwacji zostały zmniejszone o współczynnik sto, a dokładność pomiarów została zwiększona o współczynnik dziesięć.
Ulepszenia te otworzyły nowe perspektywy w poszukiwaniu planet pozasłonecznych i wyznaczyły nowe standardy pod względem precyzji instrumentalnej.
Układ planetarny wokół mu Arae
Gwiazda mu Arae znajduje się w odległości około 50 lat świetlnych. Ta gwiazda podobna do Słońca znajduje się w południowej konstelacji Ara (Ołtarz) i jest wystarczająco jasna (jasności 5mag), aby ją obserwować nieuzbrojonym okiem.
Mu Arae był już znany jako schronienie planety wielkości Jowisza z okresem orbitalnym wynoszącym 650 dni. Poprzednie obserwacje wskazywały również na obecność innego towarzysza (planety lub gwiazdy) znacznie dalej.
Nowe pomiary uzyskane przez astronomów na tym obiekcie w połączeniu z danymi z innych zespołów potwierdzają ten obraz. Ale, jak twierdzi Franoisis Bouchy, członek zespołu: „Nowe pomiary HARPS potwierdziły to, co wcześniej wiedzieliśmy o tej gwieździe, ale pokazały również, że była obecna dodatkowa planeta na krótkiej orbicie. Ta nowa planeta wydaje się być najmniejszą jak dotąd odkrytą wokół gwiazdy innej niż Słońce. To sprawia, że mu Arae jest bardzo ekscytującym układem planetarnym. ”
Podczas 8 nocy w czerwcu 2004 r. Wielokrotnie obserwowano mu Arae, a jego prędkość radialną mierzono za pomocą HARPS w celu uzyskania informacji o wnętrzu gwiazdy. Ta tak zwana technika astero-sejsmologiczna (patrz ESO PR 15/01) bada małe fale akustyczne, które powodują, że powierzchnia gwiazdy okresowo pulsuje do wewnątrz i na zewnątrz. Znając wewnętrzną strukturę gwiazdy, astronomowie starali się zrozumieć pochodzenie niezwykłej ilości ciężkich pierwiastków obserwowanych w jej gwiezdnej atmosferze. Ten niezwykły skład chemiczny może dostarczyć unikalnych informacji w historii powstawania planet.
Nuno Santos, inny członek zespołu, mówi: „Ku naszemu zdziwieniu analiza nowych pomiarów ujawniła zmianę prędkości radialnej z okresem 9,5 dni od sygnału drgań akustycznych!”
Odkrycie to było możliwe dzięki dużej liczbie pomiarów uzyskanych podczas kampanii astero-seimologicznej.
Od tej daty gwiazda, która była również częścią programu badawczego konsorcjum HARPS, była regularnie monitorowana ze staranną strategią obserwacji w celu zmniejszenia „szumu sejsmicznego” gwiazdy.
Te nowe dane potwierdziły zarówno amplitudę, jak i okresowość zmian prędkości radialnej stwierdzonych podczas 8 nocy w czerwcu. Astronomom pozostało tylko jedno przekonujące wyjaśnienie tego okresowego sygnału: druga planeta okrąża mu Arae i osiąga pełną rewolucję w 9,5 dnia.
Ale to nie była jedyna niespodzianka: z amplitudy prędkości radialnej, czyli wielkości wahania wywołanego przyciąganiem grawitacyjnym planety na gwiazdę, astronomowie uzyskali masę dla planety zaledwie 14 razy większą od masy Ziemi ! Chodzi o masę Urana, najmniejszej z gigantycznych planet w Układzie Słonecznym.
Nowo odkryta egzoplaneta ustanawia nowy rekord na najmniejszej planecie odkrytej wokół gwiazdy typu słonecznego.
Na granicy
Masa tej planety umieszcza ją na granicy między bardzo dużymi ziemskimi (skalistymi) planetami a gigantycznymi planetami.
Ponieważ obecne modele formacji planetarnej wciąż nie są w stanie uwzględnić całej niesamowitej różnorodności obserwowanej wśród odkrytych planet pozasłonecznych, astronomowie mogą jedynie spekulować na temat prawdziwej natury obecnego obiektu. W obecnym paradygmacie formowania się gigantycznych planet rdzeń powstaje najpierw przez narastanie stałych „planetozymali”. Gdy rdzeń osiągnie masę krytyczną, gaz gromadzi się w sposób „niekontrolowany”, a masa planety gwałtownie rośnie. W tym przypadku jest mało prawdopodobne, aby ta późniejsza faza miała miejsce, ponieważ w przeciwnym razie planeta stałaby się znacznie bardziej masywna. Ponadto, najnowsze modele pokazujące, że migracja skraca czas formowania, jest mało prawdopodobne, aby przedmiotowy obiekt migrował na duże odległości i pozostawał z tak małej masy.
Obiekt ten może zatem być planetą ze skalistym (a nie lodowym) rdzeniem otoczonym małą (rzędu jednej dziesiątej całkowitej masy) otoczką gazową i dlatego kwalifikowałby się jako „super-Ziemia”.
Dalsze perspektywy
Konsorcjum HARPS, pod przewodnictwem Michela Mayora (Geneva Observatory, Szwajcaria), otrzymało 100 nocy obserwacyjnych rocznie w ciągu 5 lat w teleskopie ESO o długości 3,6 m, aby przeprowadzić jedno z najbardziej ambitnych systematycznych poszukiwań egzoplanet do tej pory zrealizowanych na całym świecie. W tym celu konsorcjum wielokrotnie mierzy prędkości setek gwiazd, które mogą zawierać systemy planetarne.
Wykrywanie tej nowej lekkiej planety po mniej niż 1 roku działania pokazuje wyjątkowy potencjał HARPS do wykrywania skalistych planet na krótkich orbitach. Dalsza analiza pokazuje, że osiągi osiągnięte dzięki HARPS umożliwiają wykrywanie dużych planet „tellurycznych” o masie zaledwie kilka razy większej niż Ziemia. Taka zdolność stanowi znaczną poprawę w porównaniu z wcześniejszymi badaniami planet. Wykrywanie takich skalistych obiektów zwiększa zainteresowanie przyszłymi wykryciami tranzytowymi z kosmosu dzięki misjom takim jak COROT, Eddington i KEPLER, które będą w stanie zmierzyć ich promień.
Więcej informacji
Badania opisane w tym komunikacie prasowym zostały przesłane do publikacji w wiodącym czasopiśmie astrofizycznym „Astronomy and Astrophysics”. Przedruk jest dostępny jako plik postscriptowy na stronie http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Notatki
[1]: Zespół składa się z Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugalia), Fran? Ois Bouchy i Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Francja), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry i Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Szwajcaria), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, Francja), Gaspare Lo Curto i Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Francja), Willy Benz i Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Szwajcaria) oraz Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri? Re-le-Buisson, Paryż, Francja) .
[2] Podstawowym ograniczeniem metody prędkości radialnej jest nieznane nachylenie orbity planetarnej, które pozwala jedynie na określenie dolnej granicy masy planety. Jednak względy statystyczne wskazują, że w większości przypadków prawdziwa masa nie będzie znacznie wyższa od tej wartości. Jednostkami masy egzoplanet użytymi w tym tekście są 1 masa Jowisza = 22 masy Urana = 318 mas Ziemi; 1 masa Urana = 14,5 masy Ziemi.
[3] HARPS został zaprojektowany i zbudowany przez międzynarodowe konsorcjum instytutów badawczych, kierowane przez Observatoire de Genève (Szwajcaria), w tym Observatoire de Haute-Provence (Francja), Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Szwajcaria), Service d'Aeronomie (CNRS, Francja), a także ESO La Silla i ESO Garching.
Oryginalne źródło: ESO News Release
