Het is sterrenkundigen van de Universiteit Leiden voor het eerst gelukt de massa van een net gevormde exoplaneet te bepalen.

Hipparcos (High Precision Parallax Collecting Satellite) is een satelliet van de ESA die in 1989 werd gelanceerd en die tot 1993 operationeel was. De kunstmaan is dus al zo’n 25 jaar buiten werking. Maar dat wil nog niet zeggen dat Hipparcos geen nut meer heeft. Sterker nog, waarnemingen die met de satelliet zijn gedaan, hebben er nu voor gezorgd dat de massa van een piepjonge planeet kon worden bepaald. And that’s a first.

Lees ook: Atmosfeer van hete exoplaneet bevat ijzer en titanium

Beta Pictoris b

Astronomen van de Universiteit Leiden hebben namelijk de massa bepaald van planeet Beta Pictoris b. Deze planeet – die zo’n tien jaar geleden is ontdekt – bevindt zich op een afstand van 63 lichtjaar van de aarde en is ongeveer 21 miljoen jaar oud – en dat is jong in de sterrenkunde. Verder draait hij in ongeveer 22 jaar om zijn ster.

Ook al is dit een van de best bestudeerde exoplaneten, de massa van het hemellichaam bleef onbekend. Maar door gebruik te maken van gegevens die Hipparcos heeft verzameld in combinatie met zijn opvolger Gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics), die in 2013 is gelanceerd, is het sterrenkundigen Ignas Snellen en Anthony Brown gelukt die massa vast te leggen.

Wiebelende ster

Hoe de onderzoekers dit hebben kunnen meten? De exoplaneet beweegt door de zwaartekracht om zijn moederster. Die zwaartekracht zorgt er ook voor dat de ster zelf in de richting van de planeet wordt getrokken, waardoor hij wiebelt (zie onderstaande animatie). Dit kunnen wetenschappers normaal gesproken meten door de snelheid van de ster te meten in onze richting (welke door het wiebelen steeds verandert),

Animatie van een exoplaneet in een baan om zijn ster. De zwaartekracht van de ster zorgt ervoor dat de planeet om de ster draait, maar het werkt ook andersom: de planeet trekt aan de ster. CC BY-SA 3.0

“Dit is de Dopplermethode,” mailt Ignas Snellen, “die al honderden planeten heeft opgeleverd. Deze methode werkt alleen niet op heel jonge sterren. Daarom hebben wij (als eerste) astrometrie gebruikt. Dit meet de wiebel als veranderende positie aan de hemel (de ster schuift heen en weer).”

Eén miljoenste graad

Dat is de sterrenkundigen gelukt door de 25 jaar oude data van Hipparcos te koppelen aan die van Gaia, waarvan de gegevens dit jaar in april beschikbaar zijn gekomen. En wat blijkt daaruit? Beta Pictoris b is elf keer zwaarder dan Jupiter, de grootste planeet in ons zonnestelsel.

“Je zou het niet zeggen als je naar de sterrenhemel kijkt,” zegt Anthony Brown, “maar alle sterren bewegen een beetje door een steeds veranderend perspectief doordat de aarde om de zon draait, en de sterren en de zon door de Melkweg bewegen. Deze bewegingen moeten eerst heel goed gemeten worden om daarna het effect van de planeet op de ster te kunnen ontwaren. Daarvoor was de combinatie van de oude Hipparcos-data met de nieuwe Gaia-metingen nodig. Het gaat om een effect van een één miljoenste graad, de grootte van een voetstap op 50.000 kilometer afstand.”

Dankzij deze informatie krijgen astronomen een completer beeld van de vorming en evolutie van planeten. Zo zou de relatief lage massa van de exoplaneet aangeven dat een groot gedeelte van de energie die vrijkomt bij de vorming van de planeet in het hemellichaam zelf wordt opgeslagen, dat vervolgens in de eerste tientallen miljoenen jaren maar langzaam afkoelt.

Over enkele jaren heeft Gaia weer genoeg gegevens verzameld om dergelijke metingen voor honderden andere jonge planeten te kunnen doen.

Bronnen: persbericht, Nature Astronomy, Universiteit Leiden

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!