Μια ευρωπαϊκή ομάδα αστρονόμων [1] ανακάλυψε τον ελαφρύτερο γνωστό πλανήτη σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι εκτός από τον ήλιο («εξωπλανήτης»).
Ο νέος εξωπλανήτης περιστρέφεται γύρω από το φωτεινό αστέρι mu Arae που βρίσκεται στον αστερισμό του νότιου Βωμού. Είναι ο δεύτερος πλανήτης που ανακαλύφθηκε γύρω από αυτό το αστέρι και ολοκληρώνει μια πλήρη επανάσταση σε 9,5 ημέρες.
Με μάζα μόλις 14 φορές τη μάζα της Γης, ο νέος πλανήτης βρίσκεται στο κατώφλι του μεγαλύτερου δυνατού βραχώδους πλανήτη, καθιστώντας τον ένα πιθανό σούπερ γήινο αντικείμενο. Ο Ουρανός, ο μικρότερος από τους γιγαντιαίους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος έχει παρόμοια μάζα. Ωστόσο, ο Ουρανός και ο νέος εξωπλανήτης διαφέρουν τόσο πολύ από την απόσταση τους από το αστέρι του ξενιστή, ώστε ο σχηματισμός και η δομή τους είναι πιθανό να είναι πολύ διαφορετικές.
Αυτή η ανακάλυψη έγινε δυνατή με την άνευ προηγουμένου ακρίβεια του φασματογράφου HARPS στο τηλεσκόπιο 3,6 m του ESO στο La Silla, το οποίο επιτρέπει τη μέτρηση των ακτινικών ταχυτήτων με ακρίβεια καλύτερη από 1 m / s. Είναι μια άλλη σαφής απόδειξη της ευρωπαϊκής ηγεσίας στον τομέα της έρευνας εξωπλανητών.
Μια μοναδική μηχανή κυνήγι πλανήτη
Από την πρώτη ανίχνευση το 1995 ενός πλανήτη γύρω από το αστέρι 51 Peg από τον Michel Mayor και τον Didier Queloz από το Παρατηρητήριο της Γενεύης (Ελβετία), οι αστρονόμοι έχουν μάθει ότι το Ηλιακό μας Σύστημα δεν είναι μοναδικό, καθώς ανακαλύφθηκαν περισσότεροι από 120 γιγαντιαίοι πλανήτες σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια κυρίως με έρευνες ακτινικής ταχύτητας (πρβλ. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 και ESO PR 03/03).
Αυτή η βασική μέθοδος παρατήρησης βασίζεται στην ανίχνευση διακυμάνσεων στην ταχύτητα του κεντρικού άστρου, λόγω της μεταβαλλόμενης κατεύθυνσης της βαρυτικής έλξης από έναν (αόρατο) εξωπλανήτη καθώς περιστρέφεται γύρω από το αστέρι. Η αξιολόγηση των μετρούμενων μεταβολών της ταχύτητας επιτρέπει την εξαγωγή της τροχιάς του πλανήτη, ιδίως την περίοδο και την απόσταση από το αστέρι, καθώς και μια ελάχιστη μάζα [2].
Η συνεχιζόμενη αναζήτηση εξωπλανητών απαιτεί καλύτερα και καλύτερα όργανα. Σε αυτό το πλαίσιο, η ESO αναμφίβολα ανέλαβε την ηγεσία με το νέο φασματογράφο HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) του τηλεσκοπίου 3,6 m στο Παρατηρητήριο του ESO La Silla (βλ. ESO PR 06/03). Προσφέρθηκε τον Οκτώβριο του 2003 στην ερευνητική κοινότητα των χωρών μελών του ESO, αυτό το μοναδικό όργανο έχει βελτιστοποιηθεί για την ανίχνευση πλανητών σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια («εξωπλανήτες») μέσω ακριβών (ακτινικών) μετρήσεων ταχύτητας με απαράμιλλη ακρίβεια 1 μέτρου ανά δευτερόλεπτο .
Το HARPS δημιουργήθηκε από μια ευρωπαϊκή κοινοπραξία [3] σε συνεργασία με την ESO. Ήδη από την αρχή της λειτουργίας του, έχει αποδείξει την πολύ υψηλή απόδοσή του. Σε σύγκριση με το CORALIE, ένα άλλο γνωστό φασματογράφο βελτιστοποιημένου κυνήγι πλανήτη που είναι εγκατεστημένο στο τηλεσκόπιο 1,2-m Swiss-Euler στο La Silla (βλ. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), οι τυπικοί χρόνοι παρατήρησης έχουν μειωθεί κατά έναν παράγοντα εκατό και η ακρίβεια των μετρήσεων έχει αυξηθεί κατά έναν παράγοντα δέκα.
Αυτές οι βελτιώσεις έχουν ανοίξει νέες προοπτικές στην αναζήτηση πλανητών εκτός ηλιακής ενέργειας και έχουν θέσει νέα πρότυπα όσον αφορά την ορθή ακρίβεια.
Το πλανητικό σύστημα γύρω από το mu Arae
Το αστέρι mu Arae απέχει περίπου 50 έτη φωτός. Αυτό το ηλιακό αστέρι βρίσκεται στον νότιο αστερισμό Ara (ο βωμός) και είναι αρκετά φωτεινό (5ο μέγεθος) ώστε να μπορεί να παρατηρηθεί με το μάτι.
Ο Mu Arae ήταν ήδη γνωστός ότι φιλοξενεί έναν πλανήτη μεγέθους Δία με τροχιακή περίοδο 650 ημερών. Προηγούμενες παρατηρήσεις υπαινίχθηκαν επίσης την παρουσία ενός άλλου συντρόφου (πλανήτη ή αστέρι) πολύ πιο μακριά.
Οι νέες μετρήσεις που ελήφθησαν από τους αστρονόμους σε αυτό το αντικείμενο, σε συνδυασμό με δεδομένα από άλλες ομάδες επιβεβαιώνουν αυτήν την εικόνα. Όμως, όπως ο Fran? Ois Bouchy, μέλος της ομάδας, δηλώνει: «Όχι μόνο οι νέες μετρήσεις HARPS επιβεβαίωσαν αυτό που πιστεύαμε στο παρελθόν ότι γνωρίζουμε για αυτό το αστέρι, αλλά έδειξαν επίσης ότι υπήρχε ένας επιπλέον πλανήτης σε μικρή τροχιά. Και αυτός ο νέος πλανήτης φαίνεται να είναι ο μικρότερος αλλά ανακαλύφθηκε γύρω από ένα αστέρι εκτός από τον ήλιο. Αυτό καθιστά το mu Arae ένα πολύ συναρπαστικό πλανητικό σύστημα. "
Κατά τη διάρκεια 8 διανυκτερεύσεων τον Ιούνιο του 2004, το mu Arae παρατηρήθηκε επανειλημμένα και η ακτινωτή του ταχύτητα μετρήθηκε από το HARPS για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με το εσωτερικό του αστεριού. Αυτή η λεγόμενη τεχνική αστερο-σεισμολογίας (βλ. ESO PR 15/01) μελετά τα μικρά ακουστικά κύματα που κάνουν την επιφάνεια του αστεριού να ταλαντεύεται περιοδικά μέσα και έξω. Γνωρίζοντας την εσωτερική δομή του άστρου, οι αστρονόμοι είχαν στόχο να κατανοήσουν την προέλευση της ασυνήθιστης ποσότητας βαριών στοιχείων που παρατηρήθηκε στην αστρική ατμόσφαιρά του. Αυτή η ασυνήθιστη χημική σύνθεση θα μπορούσε να παρέχει μοναδικές πληροφορίες για την ιστορία του σχηματισμού του πλανήτη.
Λέει ο Nuno Santos, ένα άλλο μέλος της ομάδας: «Προς έκπληξή μας, η ανάλυση των νέων μετρήσεων αποκάλυψε μια ακτινική παραλλαγή ταχύτητας με περίοδο 9,5 ημερών πάνω από το σήμα ακουστικής ταλάντωσης!»
Αυτή η ανακάλυψη κατέστη δυνατή χάρη στον μεγάλο αριθμό μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της εκστρατείας αστερο-σειμολογίας.
Από αυτήν την ημερομηνία, το αστέρι, που ήταν επίσης μέρος του προγράμματος έρευνας κοινοπραξίας HARPS, παρακολουθείται τακτικά με μια προσεκτική στρατηγική παρατήρησης για τη μείωση του «σεισμικού θορύβου» του αστεριού.
Αυτά τα νέα δεδομένα επιβεβαίωσαν τόσο το πλάτος όσο και την περιοδικότητα των παραλλαγών της ακτινικής ταχύτητας που βρέθηκαν κατά τη διάρκεια των 8 διανυκτερεύσεων τον Ιούνιο. Οι αστρονόμοι έμειναν με μια μόνο πειστική εξήγηση σε αυτό το περιοδικό σήμα: ένας δεύτερος πλανήτης σε τροχιά γύρω από τον Mu Arae και επιτυγχάνει μια πλήρη επανάσταση σε 9,5 ημέρες.
Αλλά αυτή δεν ήταν η μόνη έκπληξη: από το εύρος της ακτινικής ταχύτητας, δηλαδή το μέγεθος της ταλάντευσης που προκαλείται από τη βαρυτική έλξη του πλανήτη στο αστέρι, οι αστρονόμοι προέρχονται από μια μάζα για τον πλανήτη μόλις 14 φορές τη μάζα της Γης ! Πρόκειται για τη μάζα του Ουρανού, του μικρότερου από τους γιγαντιαίους πλανήτες στο ηλιακό σύστημα.
Ο εξωπλανήτης που βρέθηκε πρόσφατα δημιουργεί ένα νέο ρεκόρ στον μικρότερο πλανήτη που ανακαλύφθηκε γύρω από ένα αστέρι ηλιακού τύπου.
Στο όριο
Η μάζα αυτού του πλανήτη τον τοποθετεί στο όριο μεταξύ των πολύ μεγάλων πλανητών (βραχώδεις) πλανητών και των γιγαντιαίων πλανητών.
Δεδομένου ότι τα τρέχοντα πλανητικά μοντέλα σχηματισμού απέχουν πολύ από το να είναι σε θέση να εξηγήσουν όλη την εκπληκτική ποικιλομορφία που παρατηρείται μεταξύ των εξωηλιακών πλανητών που ανακαλύφθηκαν, οι αστρονόμοι μπορούν να υποθέσουν μόνο για την πραγματική φύση του παρόντος αντικειμένου. Στο τρέχον παράδειγμα του σχηματισμού γιγάντιων πλανητών, ένας πυρήνας σχηματίζεται πρώτα μέσω της αύξησης των στερεών «πλανητών». Μόλις αυτός ο πυρήνας φτάσει σε μια κρίσιμη μάζα, το αέριο συσσωρεύεται με τρόπο «δραπέτη» και η μάζα του πλανήτη αυξάνεται γρήγορα. Στην παρούσα περίπτωση, αυτή η μεταγενέστερη φάση είναι απίθανο να συμβεί γιατί διαφορετικά ο πλανήτης θα είχε γίνει πολύ πιο ογκώδης. Επιπλέον, πρόσφατα μοντέλα που έδειξαν ότι η μετανάστευση μειώνει το χρόνο σχηματισμού, είναι απίθανο το παρόν αντικείμενο να έχει μεταναστεύσει σε μεγάλες αποστάσεις και να παραμείνει τόσο μικρής μάζας.
Αυτό το αντικείμενο είναι επομένως πιθανό να είναι ένας πλανήτης με έναν βραχώδη (όχι παγωμένο) πυρήνα που περιβάλλεται από ένα μικρό (της τάξης του δέκατου της συνολικής μάζας) αέριο φάκελο και επομένως θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως «υπερ-Γη».
Περαιτέρω προοπτικές
Στην κοινοπραξία HARPS, με επικεφαλής τον Δήμαρχο Michel (Παρατηρητήριο της Γενεύης, Ελβετία), χορηγήθηκε 100 νύχτες παρατήρησης ετησίως κατά τη διάρκεια μιας πενταετούς περιόδου στο τηλεσκόπιο ESO 3,6 m για να πραγματοποιήσει μία από τις πιο φιλόδοξες συστηματικές αναζητήσεις εξωπλανητών που έχουν εφαρμοστεί μέχρι στιγμής Παγκόσμιος. Για το σκοπό αυτό, η κοινοπραξία μετρά επανειλημμένα ταχύτητες εκατοντάδων αστεριών που μπορεί να φιλοξενούν πλανητικά συστήματα.
Η ανίχνευση αυτού του νέου πλανήτη φωτός μετά από λιγότερο από 1 έτος λειτουργίας καταδεικνύει το εξαιρετικό δυναμικό του HARPS για την ανίχνευση βραχώδεις πλανητών σε μικρές τροχιές. Περαιτέρω ανάλυση δείχνει ότι οι επιδόσεις που επιτεύχθηκαν με το HARPS καθιστούν δυνατή την ανίχνευση μεγάλων «τελλουρικών» πλανητών με λίγες μόνο φορές τη μάζα της Γης. Μια τέτοια ικανότητα είναι μια σημαντική βελτίωση σε σύγκριση με τις προηγούμενες έρευνες πλανητών. Η ανίχνευση τέτοιων βραχώδων αντικειμένων ενισχύει το ενδιαφέρον των μελλοντικών ανιχνεύσεων διέλευσης από το διάστημα με αποστολές όπως οι COROT, Eddington και KEPLER που θα μπορούν να μετρήσουν την ακτίνα τους.
Περισσότερες πληροφορίες
Η έρευνα που περιγράφεται σε αυτό το δελτίο τύπου έχει υποβληθεί για δημοσίευση στο κορυφαίο αστροφυσικό περιοδικό «Αστρονομία και Αστροφυσική». Μια προεκτύπωση είναι διαθέσιμη ως αρχείο postscript στη διεύθυνση http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Σημειώσεις
[1]: Η ομάδα αποτελείται από τους Nuno Santos (Centro de Astronomia και Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), Fran? Ois Bouchy και Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, Γαλλία), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry και Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Switzerland), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Τουλούζη, Γαλλία), Gaspare Lo Curto και Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, Γαλλία), Willy Benz και Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Ελβετία) και Jean-Louis Bertaux (Service d'A? Ronomie de Verri? Re-le-Buisson, Παρίσι, Γαλλία) .
[2] Βασικός περιορισμός της μεθόδου ακτινικής ταχύτητας είναι ο άγνωστος της κλίσης της πλανητικής τροχιάς που επιτρέπει μόνο τον προσδιορισμό ενός κατώτερου ορίου μάζας για τον πλανήτη. Ωστόσο, οι στατιστικές εκτιμήσεις δείχνουν ότι στις περισσότερες περιπτώσεις, η πραγματική μάζα δεν θα είναι πολύ υψηλότερη από αυτήν την τιμή. Οι μονάδες μάζας για τους εξωπλανήτες που χρησιμοποιούνται σε αυτό το κείμενο είναι 1 μάζα Δία = 22 μάζες Ουρανίου = 318 μάζες Γης. 1 μάζα Ουρανού = 14,5 μάζες της γης.
[3] Το HARPS έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί από μια διεθνή κοινοπραξία ερευνητικών ιδρυμάτων, με επικεφαλής το Observatoire de Gen? Ve (Ελβετία) και περιλαμβάνει το Observatoire de Haute-Provence (Γαλλία), το Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Ελβετία), η Υπηρεσία d'Aeronomie (CNRS, Γαλλία), καθώς και η ESO La Silla και η ESO Garching.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
