eso1227no — Pressemelding

Ny metode for å studere atmosfæren til eksoplaneter

Planeten Tau Boötis b endelig avslørt

27 June 2012

Ved hjelp av en smart ny metode har astronomer for første gang studert atmosfæren til en eksoplanet i detalj, selv om planeten ikke passerer direkte foran moderstjernen sin. Et internasjonalt team har anvendt ESOs Very Large Telescope for å direkte fange det svake lyset fra planeten Tau Boötis b. Forskerne har undersøkt planetens atmosfære og for første gang siden oppdagelsen for 15 år siden nøyaktig beregnet klodens omløpsbane og masse. Observasjonene tyder på at temperaturen i planetatmosfæren avtar med høyden, noe som er helt motsatt av hva astronomene forventet. Resultatene publiseres 28. juni 2012 i tidsskriftet Nature.

Planeten Tau Boötis b [1] er en av de første eksoplanetene som ble oppdaget – funnet ble gjort i 1996 – og den er fortsatt en av de nærmeste slike vi kjenner til. Selv om moderstjernen er lett synlig med det blotte øye, er planeten definitivt ikke det. Fram til nå har den bare gitt seg til kjenne gjennom den lille gravitasjonskraften den utøver på stjernen. Tau Boötis b er en stor og varm jupiterlignende planet (på engelsk brukes begrepet "hot Jupiter") som kretser svært nær modersternen sin.

I likhet med de fleste oppdagede eksoplaneter passerer heller ikke denne kloden foran stjernen sin i sitt omløp (slik Venus derimot gjorde under passasjen for et par uker siden). Fram til nå har slike passasjer vært avgjørende for å kunne studere atmosfæren til varme jupiterlignende eksoplaneter. Når en planet passerer foran sin moderstjerne, vil nemlig planetatmosfæren sette sitt preg på stjernelyset vi registrerer. Men fordi det ikke skinner noe stjernelys gjennom atmosfæren til Tau Boötis b sett fra vårt ståsted, har man ikke kunnet undersøke den.

Men nå, etter 15 år med forsøk på å studere den særdeles svake gløden som varme jupiterlignende eksoplaneter sender ut, har astronomer endelig klart å avdekke strukturen i atmosfæren til Tau Boötis b og nøyaktig beregne planetens masse. Forskerteamet tok i bruk CRIRES-instrumentet [2] på Very Large Telescope (VLT) ved ESOs Paranal-observatorium i Chile. De kombinerte avanserte infrarøde observasjoner (på 2,3 mikrons bølgelengde) [3] med et fiffig nytt triks for å skille planetens svake signal fra det svært mye sterkere lyset fra moderstjernen [4].

Hovedforfatteren av forskningsartikkelen, Matteo Brogi (Leiden-observatoriet i Nederland), forklarer: "Takket være den høye kvaliteten på observasjonene fra VLT og CRIRES kunne vi studere lysspekteret til systemet i større detalj enn noen gang før. Kun omkring 0,01 % av lyset vi registrerer, stammer fra planeten. Resten kommer fra stjernen. Det sier seg selv at det ikke var en enkel oppgave."

Flertallet av planeter rundt andre stjerner er oppdaget ut fra gravitasjonseffekten de har på moderstjernene sine. Metoden gir dog begrenset informasjon om planetenes masse: det er bare mulig å utlede en nedre grense for planetmassen [5]. Den nye, banebrytende teknikken som nå er anvendt, er mye kraftigere. Det å se lyset fra planeten direkte gjorde det mulig for astronomene å måle vinkelen til planetens omløpsbane og dermed komme fram til en presis verdi for massen. Ved å følge planetens bevegelse rundt moderstjernen har forskerteamet for første gang kunnet bestemme med stor sikkerhet at Tau Boötis b kretser rundt sin stjerne med en vinkel på 44 grader i forhold til siktelinjen og at dens masse er seks ganger større enn planeten Jupiter i vårt eget solsystem.

"De nye VLT-observasjonene løser det 15 år gamle problemet angående massen til Tau Boötis b. Den nye teknikken innebærer dessuten at vi nå kan studere atmosfærene til eksoplaneter som ikke passerer direkte foran sine moderstjerner, samt bestemme planetmassene nøyaktig, noe som før var umulig," forklarer medforfatter Ignas Snellen (Leiden-observatoriet i Nederland). "Dette er et stort steg framover."

I tillegg til å registrere gløden fra atmosfæren og beregne Tau Boötis b's masse, klarte teamet også å avdekke noen av planetatmosfærens egenskaper, deriblant innholdet av karbonmonoksid. De utledet også temperaturen i atmosfæren i ulike høyder ved å sammenholde observasjonene med teoretiske modeller. Overraskende nok tyder de nye observasjonene på at temperaturen avtar med høyden. Resultatet er det motsatte av den temperaturinversjonen – dvs. at temperaturen øker med høyden – som man har funnet for andre varme jupiterlignende eksoplaneter [6] [7].

VLT-observasjonene demonstrerer at spektroskopi med høy oppløsning fra bakkebaserte teleskoper er et meget nyttig redskap for å nøye analysere atmosfærene til eksoplaneter som ikke passerer foran moderstjernene sine. Påvisning av forskjellige molekyler vil i framtiden gi oss mer kunnskap om egenskapene til planetatmosfærene. Ved å gjøre målinger på ulike tidspunkter langs planetens bane kan astronomene kanskje til og med avdekke endringer i atmosfæren mellom planetens morgen- og kveldsside.

"Denne studien viser det enorme potensialet til dagens bakkebaserte observatorier, for ikke å snakke om morgendagens teleskoper som f.eks. E-ELT. Kanskje vil vi med denne metoden en dag finne bevis for biologisk liv på fjerne jordlignende kloder," avslutter Ignas Snellen.

Fotnoter

[1] Planetens navn, Tau Boötis b, er satt sammen av moderstjernens navn (Tau Boötis, eller τ Bootis, der τ er den greske bokstaven "tau", ikke bokstaven "t") og bokstaven "b", som betyr at dette er den første planeten som er oppdaget rundt denne stjernen. Betegnelsen Tau Boötis a brukes om stjernen selv.

[2] CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer.

[3] På infrarøde bølgelengder sender moderstjernen ut mindre lys enn i den synlige delen av lysspekteret, så det er en fordel å observere i dette bølgelengdeområdet når en skal skille ut planetens svake signal.

[4] Metoden bruker planetens hastighet rundt moderstjernen sin for å skjelne planetens svake stråling fra stjernens og også de "avtrykkene" som stammer fra Jordas atmosfære. Astronomteamet har tidligere testet metoden på en planet som passerte inn foran moderstjernen sin, da de også målte banehastigheten til planeten idet den krysset stjerneskiven.

[5] Dette fordi banens helning vanligvis ikke er kjent. Hvis planetbanen heller i forhold til siktelinjen mellom Jorda og stjernen, skaper en tung planet den samme observerte fram-og-tilbake-bevegelse av stjernen, som en lett planet i en bane med mindre helning ville gjort. Det er ikke mulig å adskille de to effektene.

[6] Man antar at termisk inversjon eller temperaturinversjon kjennetegnes av at atmosfæremolekylene sees som emisjonslinjer snarere enn absorpsjonslinjer i lysspekteret. Dette er basert på fortolkning av fotometriske observasjoner av varme jupiterlignende planeter gjort med Spitzer Space Telescope. Eksoplaneten HD209458b er det best studerte eksempelet på temperaturinversjon i en eksoplanetatmosfære.

[7] Denne observasjonen støtter modeller hvor sterk ultrafiolett stråling knyttet til kromosfærisk aktivitet – tilsvarende den Tau Boötis b's moderstjerne utviser – er ansvarlig for å hemme den termiske inversjonen i planetatmosfæren.

Mer informasjon

Denne studien presenteres 28. juni 2012 i forskningsartikkelen "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b" i tidsskriftet Nature.

Forskerteamet består av Matteo Brogi (Leiden Observatory, Nederland), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Nederland), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) og Ernst J. W. de Mooij (University of Toronto, Canada; Leiden Observatory).

I 2012 feirer European Southern Observatory (ESO) 50-årsjubileum. ESO er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 40 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Ignas Snellen
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Tlf.: +31 715 275838
E-post: snellen@strw.leidenuniv.nl

Matteo Brogi
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Neherlands
Tlf.: +31 715 278434
E-post: brogi@strw.leidenuniv.nl

Jayne Birkby
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Tlf.: +31 715 275832
E-post: birkby@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Remco de Kok
Space Research Organization Netherlands (SRON)
Utrecht, The Netherlands
Tlf.: +31 88 777 5725
E-post: R.J.de.Kok@sron.nl

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1227 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er astronomene Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1227no
Navn:Tau Boötis b
Type:• Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012Natur.486..502B

Bilder

Kunstnerisk framstilling av eksoplaneten Tau Boötis b
Kunstnerisk framstilling av eksoplaneten Tau Boötis b
Moderstjernen til den berømte eksoplaneten Tau Boötis b
Moderstjernen til den berømte eksoplaneten Tau Boötis b
Vidvinkelbilde av moderstjernen til den berømte eksoplaneten Tau Boötis b
Vidvinkelbilde av moderstjernen til den berømte eksoplaneten Tau Boötis b

Videoer

Kunstnerisk framstilling av den berømte eksoplaneten Tau Boötis b
Kunstnerisk framstilling av den berømte eksoplaneten Tau Boötis b
Zoom inn på stjernen Tau Boötis
Zoom inn på stjernen Tau Boötis

Se også