Schurkenplaneet ter grootte van de aarde ontdekt in de Melkweg

een kunstenaarsimpressie van een gravitationele microlensing-gebeurtenis door een vrij zwevende planeet. Credit: Jan Skowron / Astronomical Observatory, University of Warsaw

ons melkwegstelsel kan wemelen van schurkenplaneten, gravitatieongebonden aan elke ster. Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van Poolse astronomen, heeft de ontdekking aangekondigd van de kleinste vrij zwevende planeet ter grootte van de aarde die tot nu toe is gevonden.Tot op heden zijn meer dan vierduizend exoplaneten ontdekt. Hoewel veel van de bekende exoplaneten niet lijken op die in ons zonnestelsel, hebben ze één ding gemeen — ze draaien allemaal om een ster. Theorieën over planeetvorming en-evolutie voorspellen echter het bestaan van vrij zwevende (schurkenplaneten), die niet aan een ster gebonden zijn. Enkele jaren geleden leverden Poolse astronomen van het OGLE-team van het Astronomisch Observatorium van de Universiteit van Warschau het eerste bewijs voor het bestaan van zulke planeten in de Melkweg. In astrofysisch Tijdschrift brieven, Ogle astronomen kondigde de ontdekking van de kleinste schurkenplaneet gevonden tot nu toe.

exoplaneten kunnen slechts zelden direct worden waargenomen. Meestal vinden astronomen planeten met behulp van waarnemingen van het licht van de gastster van de planeet. Als een planeet bijvoorbeeld voor de schijf van zijn moederster kruist, daalt de waargenomen helderheid van de ster periodiek met een kleine hoeveelheid waardoor zogenaamde transits ontstaan. Astronomen kunnen ook de beweging van de ster meten die door de planeet wordt veroorzaakt.

vrij zwevende planeten zenden vrijwel geen straling uit en draaien — per definitie — niet om een gastheerster, zodat ze niet kunnen worden ontdekt met behulp van traditionele astrofysische detectiemethoden. Toch kunnen schurkenplaneten worden waargenomen met behulp van een astronomisch fenomeen genaamd gravitationele microlensing. Microlensing is het resultaat van Einsteins algemene relativiteitstheorie — een massief object (de lens) kan het licht van een helder achtergrondobject (de bron) buigen. De zwaartekracht van de lens fungeert als een enorm vergrootglas dat het licht van verre sterren buigt en vergroot.Als een massief object (een ster of een planeet) tussen een waarnemer van de aarde en een verre bronster passeert, kan de zwaartekracht het licht van de bron afleiden en scherpstellen. De waarnemer zal een korte helderheid van de bronster meten”, legt Dr.Przemek Mroz, een postdoctorale onderzoeker aan het California Institute of Technology en een hoofdauteur van de studie uit. “De kans op het observeren van microlensing is extreem klein omdat drie objecten-bron, lens en waarnemer — bijna perfect uitgelijnd moeten zijn. Als we slechts één bronster zouden waarnemen, zouden we bijna een miljoen jaar moeten wachten om te zien dat de bron microlensed wordt”, voegt hij toe.

dit is de reden waarom moderne onderzoeken op gravitationele microlensing honderden miljoenen sterren in het centrum van de Melkweg monitoren, waar de kans op microlensing het grootst is. De Ogle survey-onder leiding van astronomen van de Universiteit van Warschau — voert een van deze experimenten uit. OGLE is een van de grootste en langste Sky surveys, het begon operaties meer dan 28 jaar geleden. Momenteel gebruiken Ogle-astronomen een 1.3-meter Warschau Telescoop gelegen op Las Campanas Observatory, Chili. Elke heldere nacht richten ze hun telescoop op de centrale gebieden van het Melkwegstelsel en observeren honderden miljoenen sterren, op zoek naar die welke hun helderheid veranderen.Microlensing door zwaartekracht is niet afhankelijk van de helderheid van de lens, dus het maakt het mogelijk om zwakke of donkere objecten zoals planeten te bestuderen. De duur van de microlensgebeurtenissen hangt af van de massa van het lensobject — hoe minder massief de lens, hoe korter de microlensgebeurtenis. De meeste waargenomen gebeurtenissen, die meestal enkele dagen duren, worden veroorzaakt door sterren. Microlensing gebeurtenissen toegeschreven aan vrij zwevende planeten hebben tijdschalen van nauwelijks een paar uur. Door het meten van de duur van een microlensgebeurtenis (en de vorm van de lichtkromme) kunnen we de massa van het lensobject inschatten.

de wetenschappers kondigden de ontdekking aan van de kortste microlensingsgebeurtenis ooit gevonden, OGLE-2016-BLG-1928, die slechts 42 minuten duurt. “Toen we dit evenement voor het eerst zagen, was het duidelijk dat het veroorzaakt moet zijn door een uiterst klein object”, zegt Dr.Radoslaw Poleski van het Astronomisch Observatorium van de Universiteit van Warschau, een coauteur van de studie. Inderdaad, modellen van de gebeurtenis geven aan dat de lens minder massief moet zijn geweest dan de aarde, het was waarschijnlijk een Mars-massa object. Bovendien is de lens waarschijnlijk een schurkenplaneet. “Als de lens in een baan om een ster zou draaien, zouden we zijn aanwezigheid in de lichtkromme van de gebeurtenis detecteren”, voegt Dr.Poleski toe. “We kunnen uitsluiten dat de planeet een ster heeft binnen ongeveer 8 astronomische eenheden (de astronomische eenheid is de afstand tussen de aarde en de zon).”

OGLE astronomen leverden het eerste bewijs voor een grote populatie van schurkenplaneten in de Melkweg enkele jaren geleden. Echter, de nieuw ontdekte planeet is de kleinste schurkenwereld ooit gevonden. “Onze ontdekking toont aan dat vrij zwevende planeten met lage massa kunnen worden gedetecteerd en gekarakteriseerd met telescopen op de grond”, zegt prof. Andrzej Udalski, de PI van het OGLE-project.Astronomen vermoeden dat vrij zwevende planeten daadwerkelijk zijn gevormd in protoplanetaire schijven rond sterren (als “gewone” planeten) en dat ze uit hun moederplanetaire systemen zijn verwijderd na gravitatieinteracties met andere hemellichamen, bijvoorbeeld met andere planeten in het systeem. Theorieën over planeetvorming voorspellen dat de uitgeworpen planeten meestal kleiner zouden moeten zijn dan de aarde. Het bestuderen van vrij zwevende planeten stelt ons in staat het turbulente verleden van jonge planetenstelsels, zoals ons zonnestelsel, te begrijpen.De zoektocht naar vrij zwevende planeten is een van de wetenschappelijke drijfveren van de Nancy Grace Roman Space Telescope, die momenteel wordt gebouwd door NASA. Het observatorium zal in het midden van de jaren 20 van de 20e eeuw operationeel worden.

vanwege de beknoptheid van de gebeurtenis waren aanvullende observaties nodig die werden verzameld door het Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) om de gebeurtenis te karakteriseren. KMTNet exploiteert een netwerk van drie telescopen – in Chili, Australië en Zuid-Afrika.

referentie: “Een aardse massa rogue planet kandidaat gedetecteerd in de kortste-tijdschaal microlensing event” door Przemek Mróz, Radoslaw Poleski, Andrew Gould, Andrzej Udalski, Takahiro Sumi, en, Michal K. Szymanski, Igor Soszynski, Pawel Pietrukowicz, Szymon Kozlowski, Jan Skowron, Krzysztof Ulaczyk, (OGLE Samenwerking), Michael D. Albrow, Zon-Chung Ju, Cheongho Han, Kyu-Ha Hwang, Youn Kil Jung, Hyoun-Woo Kim Yoon-Hyun Ryu, In-Gu Shin, Yossi Shvartzvald, Jennifer C. Yee, Weicheng Zang), Sang-Mok Cha, Dong-Jin Kim Seung-Kim Lee, Chung-Uk Lee Dong-Joo Lee, Yongseok Lee Byeong-Gon Park, Richard W. Pogge en (KMT samenwerking), 29 oktober 2020, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abbfad
arXiv: 2009.12377

de ontdekking zou onmogelijk zijn zonder lange-termijn observaties uitgevoerd door de Ogle sky survey. Het project is een van de grootste en langste Sky surveys, het begon zijn activiteiten meer dan 28 jaar geleden. Een van de eerste doelen van het Ogle onderzoek was het zoeken naar en bestuderen van donkere materie met behulp van de gravitationele microlensing techniek. De huidige studies bestrijken een groot aantal onderwerpen-het zoeken naar exoplaneten, het bestuderen van de structuur en evolutie van de Melkweg en naburige sterrenstelsels, studies van veranderlijke sterren, quasars, transiënten en lichamen van het zonnestelsel.