Earth-sized planeet met een gesmolten oppervlak ontdekt in een baan rond Alpha Centauri B

Anonim

Earth-sized planeet met een gesmolten oppervlak ontdekt in een baan rond Alpha Centauri B

Ruimte

Brian Dodson

19 oktober 2012

3 afbeeldingen

De indruk van de kunstenaar vanaf een punt in het Alpha Centauri drievoudig sterrensysteem, dat de nieuw ontdekte planeet toont die draait rond Alpha Centauri B, met Alpha Centauri A in de verte (Afbeelding: ESO)

Europese astronomen die werken vanuit de European Southern Observatory (ESO) in Chili hebben een planeet ontdekt die iets zwaarder is dan de aarde en draait om een ​​ster in het Alpha Centauri drievoudig stersysteem - het dichtstbijzijnde sterrenstelsel voor onze planeet. Alpha Centauri Bb (zoals de nieuwe exoplaneet wordt genoemd, de ster is Alpha Centauri B) is het eerste aardse lichaam gevonden in een baan rond een zonachtige ster en werd ontdekt door de kleine schommels van Alpha Centauri B te meten terwijl deze beweegt als reactie op de aantrekkingskracht van de planeet in de omloop. Het cirkelt om de drie dagen en zes uur om Alpha Centauri B in een rondgaande straal van zes miljoen kilometer (3, 7 miljoen mijl). De nabijheid van de ster leidt tot een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 1.500º K (1.250º F / 1.232º C) - heet genoeg om graniet te smelten.

Het Alpha Centauri-systeem is een van de helderste sterren in onze nachtelijke hemel, overschaduwd in helderheid alleen door Sirius en Canopus. Op een afstand van 1, 34 parsecs (4, 37 lichtjaar) is dit het dichtstbijzijnde stellaire systeem voor ons zonnestelsel. Het is eigenlijk een drievoudige ster - een systeem bestaande uit twee sterren die vergelijkbaar zijn met de Zon die dicht bij elkaar cirkelen, aangeduid als Alpha Centauri A en B, en een meer afstandelijke en vage rode dwerg die bekend staat als Proxima Centauri of Alpha Centauri C (C wordt genoemd Proxima soms omdat het het dichtst bij de drie sterren in het Alpha Centauri-systeem ligt, op 1, 29 parsecs (4, 24 lichtjaar) afstand).

Alpha Centauri A is het grootste van het trio, met dezelfde spectrale classificatie als de zon, een massa van 1, 1 zonsmassa's en een helderheid van ongeveer 1, 5 maal die van de zon. Alpha Centauri B is de ster waaromheen de nieuwe planeet een baan heeft gevonden. Het is een oranje dwerg met een massa van 0.9 zonsmassa's. De oranje kleur is het resultaat van ongeveer 900º K koeler dan A, en dit heeft ook tot gevolg dat B een helderheid heeft die 0, 5 keer zo groot is als die van de zon.

Alpha Centauri C (Proxima Centauri) is een schemerige rode dwerg met een massa van 0, 123 zonsmassa's en een helderheid van minder dan 0, 2 procent die van de zon. Het bevindt zich ongeveer een kwart van een klein jaar van het AB-paar, die in een baan van 80 jaar op een gemiddelde afstand van 23 astronomische eenheden (AU - de afstand tussen de aarde en de zon) om elkaar heen cirkelen - een beetje meer dan de afstand tussen de zon en Uranus. Het is niet helemaal duidelijk dat C door zwaartekracht gebonden is aan A en B, dat wil zeggen, als C het AB-paar feitelijk omloopt, of als het zich in een hyperbolisch pad om hen heen bevindt en in de komende paar miljoen jaar aan hun greep zal ontsnappen. De ontsnappingssnelheid op de afstand van Proxima tot A en B is ongeveer 0, 5 km / seconde (0, 3 mijl / seconde), wat kleiner is dan de huidige onzekerheid in Proxima 's snelheid ten opzichte van A en B. De algemene consensus op dit punt de tijd is dat Proxima waarschijnlijk het derde lid is van het drievoudige stersysteem Alpha Centauri.

Oranje dwergsterren hebben veel kenmerken die hen uitstekende kandidaten maken voor het hosten van leven dragende planeten. Ze evolueren langzaam terwijl waterstofsterren in de hoofdreeks 15 tot 30 miljard jaar blijven branden in vergelijking met de zon 10 miljard jaar, waardoor er meer tijd is voor het leven om te verschijnen en te evolueren. Ze ondersteunen een bewoonbare zone van ongeveer 0, 5 tot één AU-omloopradius van de ster, wat voldoende afstand is, zodat een planeet in die zone niet op juiste wijze aan de ster wordt vergrendeld. Oranje dwergen hebben een lage stellaire flare-activiteit en zenden kleine hoeveelheden ioniserende straling uit en vertonen over het algemeen een meer rustige stellaire dynamiek (bijv. Pulsaties, chromosferische activiteit, zonnevlekken (stervlekken?), Enz.) Dan ofwel heter of koelere sterren. Het resultaat is dat oranje dwergen vaak worden beschouwd als "Goudlokje sterren " - voornaamste kandidaten voor de vorming en gestage evolutie van het leven.

De HARPS-spectrograaf en de 3, 6-meter (11, 8-ft) telescoop op La Silla (foto: ESO)

Alpha Centauri Bb werd gedetecteerd met behulp van het HARPS-instrument (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) op de 3, 6-meter (11, 8-voet) telescoop bij ESO's La Silla Observatory in Chili. HARPS meet de radiale snelheden van sterren met de hoogste beschikbare nauwkeurigheid. Om een ​​zeer hoge radiale snelheidsnauwkeurigheid voor de lange termijn te bereiken, is HARPS ontworpen als een echelspectrograaf geoptimaliseerd voor mechanische stabiliteit. Het wordt optisch gevoed door een paar vezels uit de Cassegrain-focus van de 3, 6 m (11, 8 ft) telescoop, waarbij één vezel het licht van de te meten ster oppakt en de andere een referentiespectrum wordt toegevoerd. HARPS is gemonteerd in een vacuümkamer om spectrale drift als gevolg van temperatuur- en luchtdrukvariaties te voorkomen.

HARPS detecteert exoplaneten met een methode die bekend staat als de Doppler-wobbel. Omdat een planeet om een ​​ster draait, draait in werkelijkheid elk van hen om hun wederzijds middelpunt van massa. Het massamiddelpunt voor een paar lichamen is het punt op een massale drijfstang waar een wipplank gelijkmatig in evenwicht is. Jupiter heeft bijvoorbeeld ongeveer 0, 001 van de massa van de zon en banen op een afstand van ongeveer 740 miljoen kilometer (460 miljoen mijl). Het massamiddelpunt is een punt 0, 001 x 740 miljoen kilometer = 740.000 kilometer van het centrum van de zon. Dit is een punt net boven het oppervlak van de zon.

Dit lijkt veel beweging, maar het speelt zich af in Jupiter's 12-jarige baanperiode. Als u eenmaal de geometrie hebt uitgewerkt, is de maximale snelheid van de radiale schommeling ongeveer 12 m / s. Dit produceert een klein Doppler-effect waarbij het spectrum van de zon een periodieke roodverschuiving met een magnitude of 12 m / s / 300.000.000 m / s of 40 delen in een miljard vertoont. Om zulke kleine snelheden door hun roodverschuivingen te meten, zijn niet alleen spectrografen met de hoogste resolutie nodig, maar ook geavanceerde gegevensverzamelings- en analysetechnieken. Bij het ontdekken van Alpha Centauri Bb detecteerde HARPS radiale snelheidsveranderingen van 0, 5 m / s - een zeer langzame wandeling en de uiterste limiet van deze techniek met de huidige technologie. In dit geval ligt het zwaartepunt slechts 22 kilometer (13, 7 mijl) van het centrum van Alpha Centauri B.

Voor het detecteren van een aardmassa-planeet in een baan om de bewoonbare zone van Alpha Centauri B zouden radiale snelheidsveranderingen van ongeveer 0, 1 m / s moeten worden gedetecteerd - een gevoeligheid binnen bereik van bijna-toekomstige instrumenten. Een dergelijk instrument is de Echelle-spectografie voor Rocky Exoplanet en Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO), die een tienvoudige verbetering van de detectiegrenswaarde voor Doppler-slingering zal bieden, waardoor de ontdekking van planeten van aardse afmetingen in de bewoonbare zone van Sun-sized mogelijk wordt sterren.

ESPRESSO wordt in 2016 geïnstalleerd in de Very Large Telescope (VLT) van de ESO, ook in Chili. De VLT bevat vier afzonderlijke telescopen van 8, 2 meter (26, 9 voet), die afzonderlijk of aan elkaar kunnen worden gekoppeld om de equivalente resolutie van een telescoop van 130 meter (424 voet) te bereiken - ongeveer 0, 001 boogseconde seconde. Met de VLT in de gecombineerde modus kunnen twee mensen die op armlengte op het oppervlak van de maan staan ​​als afzonderlijke objecten worden gezien.

Omdat planeten op aarde in de bewoonbare zone van Alpha Centauri B nog niet zijn ontdekt of uitgesloten, is het de moeite waard om een ​​oude controverse opnieuw te bekijken die nog steeds niet is opgelost. Kunnen planeten überhaupt in een binair of meervoudig sterrenstelsel worden gevormd? Welnu, we weten dat ze kunnen - Alpha Centauri heeft zeker een planeet, net als 15 andere binaire of meerdere sterren als van dit schrijven. In feite hebben de binaire systemen NN Serpentis en HW Virginis elk twee bevestigde exoplaneten.

De baan van Alpha Centauri A en B, uitgezet over de locatie van A (Afbeelding: SiriusB)

De basisproblemen van de planetaire orbitale stabiliteit en de dynamiek van de planeetformatie in de steeds veranderende zwaartekrachtvelden van een binair systeem zijn echter nog steeds niet goed begrepen. Het is als koekoeksklokken op een muur - uiteindelijk zal zelfs een kleine interactie ervoor zorgen dat de klokken tegelijk kaken. Een planeet is te klein om iets anders te doen dan wat de sterren in de buurt toestaan. Als gevolg hiervan zal de planeet een baan volgen die overeenkomt met de variabele zwaartekrachten die erop werken, of deze zal in een heel andere baan worden gegooid - mogelijk zelfs ontsnappend aan het systeem.

Laten we deze situatie illustreren door te kijken naar een hypothetische planeet op aarde ter grootte van een planeet. Hypo draait om Alpha Centauri B in een straal van 0, 7 astronomische eenheden - binnen de bewoonbare zone. Alpha Centauri A cirkelt om de 80 jaar op afstanden tussen 11, 2 en 35, 6 AU. De zwaartekracht van B on Hypo is ongeveer 0, 01 m / s 2 . De zwaartekracht van A op Hypo varieert tussen 0, 0002 en 0, 00002 m / s 2 - het is tussen twee en 0, 2 procent van B 's pull op Hypo, en verandert van richting en maat in een (relatief) vast patroon met een periode van 80 jaar.

Wanneer externe invloeden op de baan van een planeet traag en klein zijn, is het impulsmoment van de planeet ongeveer behouden. Dit wil niet zeggen dat de baan niet zal worden beïnvloed - je kunt je voorstellen dat Hypo 's baan een "getijde uitstulping " van verschillende groottes heeft die naar A wijst - maar de baan zal niet dramatisch veranderen. Gegeven wat we weten over getijden, lijkt het redelijk dat Hypo in staat zal zijn om in zijn baan te blijven.

Hoe zit het met Hypo 's broer, Hype? Hype banen B op een afstand van 5 AU. De zwaartekracht van A on Hype varieert van 7, 5 tot 325 procent van de aantrekkingskracht van B on Hype. In dit geval is het duidelijk dat Hype niet in staat zal zijn om een ​​goed opgevoede baan rond B te handhaven. Deze wordt sterker naar A getrokken dan naar B gedurende een aanzienlijk deel van de 80-jarige baan van A en B.

Ergens tussen 5 AU en 0, 7 AU zal een orbitale afstand zijn waarna de baan van een planeet op de lange termijn onstabiel zal zijn. Soortgelijke problemen zullen verschijnen als de vroege planetensimalen samensmelten tot wolken en dan tot planeten - sterke en variabele zwaartekrachtvelden zullen het materiaal verspreiden. Het is een moeilijk probleem om te bepalen wat de maximale "veilige" orbitale afstand is. Wat echter is waargenomen, is dat planeten met een lage massa meestal voorkomen in systemen met meerdere planeten, dus we kunnen nog steeds een vriendelijke buur vinden in het Alpha Centauri-systeem.

De onderstaande video toont de opvatting van een kunstenaar over wat een persoon op een reis door het Alpha Centauri-systeem, inclusief passen door de nieuwe exoplaneet, zou kunnen ervaren.

Bron: ESO

De indruk van de kunstenaar vanaf een punt in het Alpha Centauri drievoudig sterrensysteem, dat de nieuw ontdekte planeet toont die draait rond Alpha Centauri B, met Alpha Centauri A in de verte (Afbeelding: ESO)

De HARPS-spectrograaf en de 3, 6-meter (11, 8-ft) telescoop op La Silla (foto: ESO)

De baan van Alpha Centauri A en B, uitgezet over de locatie van A (Afbeelding: SiriusB)