Persbericht

GRAVITY-instrument slaat nieuwe wegen in bij de weergave van exoplaneten

Geavanceerd VLTI-instrument onthult details van door stormen geteisterde exoplaneet door middel van optische interferometrie

27 maart 2019

Het GRAVITY-instrument van ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) heeft voor het eerst een exoplaneet rechtstreeks waargenomen met behulp van optische interferometrie. Op die manier is een complexe planeetatmosfeer ontdekt met wervelende wolken van ijzer en silicaten. De techniek biedt unieke mogelijkheden om ook de eigenschappen van veel andere reeds bekende exoplaneten te bepalen.

Dit resultaat is vandaag door de GRAVITY Collaboration [1] bekendgemaakt in een publicatie in het tijdschrift Astronomy and Astrophysics, waarin zij waarnemingen van de exoplaneet HR 8799 e presenteren die met optische interferometrie zijn verkregen. Deze exoplaneet werd in 2010 ontdekt in een baan rond de jonge hoofdreeksster HR 8799, die op een afstand van ongeveer 129 lichtjaar in het sterrenbeeld Pegasus staat.

Voor het vandaag gepresenteerde resultaat, dat nieuwe eigenschappen van HR 8799 e onthult, was een instrument met een zeer hoge resolutie en gevoeligheid nodig. GRAVITY kan de vier afzonderlijke hoofdtelescopen van ESO’s Very Large Telescope door middel van een techniek die interferometrie wordt genoemd [2] aan elkaar koppelen, om zo een grotere telescoop na te bootsen. Zo ontstaat een ‘supertelescoop’ – de VLTI – die het licht uit de atmosfeer van HR 8799 e kan verzamelen en nauwkeurig kan scheiden van het licht van zijn moederster [3].

HR 8799 e is een ‘super-Jupiter’ – een planeettype dat in ons zonnestelsel niet voorkomt. De planeet is zowel zwaarder als veel jonger dan alle planeten die om de zon draaien. Met een leeftijd van slechts 30 miljoen jaar is deze exoplaneet jong genoeg om wetenschappers inzicht te geven in het ontstaansproces van planeten en planetenstelsels. De exoplaneet is uiterst onherbergzaam – de resterende energie van zijn vorming en een krachtig broeikaseffect jagen zijn temperatuur op tot ongeveer 1000 °C.

Het is voor het eerst dat optische interferometrie is gebruikt om details van een exoplaneet te onthullen, en de nieuwe techniek heeft een spectrum van ongekende kwaliteit opgeleverd dat tien keer gedetailleerder is dan eerdere waarnemingen. Uit de metingen van het onderzoeksteam kon de samenstelling van de atmosfeer van HR 8799 e worden afgeleid, en dat leverde enkele verrassingen op.

‘Onze analyse laat zien dat HR 8799 e een atmosfeer heeft die veel meer koolmonoxide bevat dan methaan – iets wat niet wordt verwacht vanuit de evenwichtschemie,’ verklaart teamleider Sylvestre Lacour CNRS-onderzoeker aan de sterrenwacht van Parijs/PSL-universiteit en aan het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. ‘We kunnen dit verrassende resultaat het best verklaren met hoge verticale winden in de atmosfeer, die voorkomen dat het koolmonoxide met waterstof reageert om methaan te vormen.’

Het team ontdekte dat de atmosfeer ook wolken van ijzer en silicaatstof bevat. In combinatie met de overmaat aan koolmonoxide, wijst dit erop dat de atmosfeer van HR 8799 e wordt geteisterd door een kolossale woeste storm.

‘Onze waarnemingen wijzen erop dat de atmosfeer van de planeet van binnenuit wordt verwarmd en gedeeltelijk bewolkt is,’ licht Lacour toe. ‘Convectie rond de wolken van silicaat- en ijzerdeeltjes zorgt ervoor dat deze uiteenvallen en omlaag ‘regenen’. Dit roept het beeld op van een reusachtige, pasgeboren exoplaneet, die complexe fysische en chemische processen ondergaat.’

Het nieuwe resultaat bouwt voort op de reeks baanbrekende ontdekkingen van GRAVITY, zoals de waarneming vorig jaar van gas dat met dertig procent van de lichtsnelheid net buiten de waarnemingshorizon om het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg kolkt. Het is ook een nieuwe toevoeging aan het toch al uitgebreide arsenaal aan methoden dat beschikbaar is voor de telescopen en instrumenten van ESO – en maakt zo de weg vrij voor nog veel meer indrukwekkende ontdekkingen [4].

Noten

[1] GRAVITY werd ontwikkeld door ESO, in samenwerking met het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Duitsland), het LESIA-lab van de sterrenwacht van Parijs (PSL)/CNRS/Université Sorbonne/Univ. Paris Diderot en het IPAG-instituut van de Université Grenoble Alpes/CNRS (Frankrijk), het Max-Planck-Institut für Astronomie (Duitsland), de Universiteit van Keulen (Duitsland) en het CENTRA-Centro de Astrofisica e Gravitação (Portugal).

[2] Interferometrie is een techniek waarmee astronomen een ‘supertelescoop’ kunnen maken door verschillende kleinere telescopen met elkaar te verbinden. De VLTI van ESO is een interferometrische telescoop die ontstaat door combinatie van twee of meer van de hoofdtelescopen van de VLT of alle vier de kleinere hulptelescopen. Dat resulteert in een telescoop die tot wel 25 keer meer oplossend vermogen heeft dan elke hoofdtelescoop afzonderlijk.

[3] Exoplaneten kunnen op verschillende manieren worden waargenomen. Sommige zijn indirect, zoals de radiële-snelheidsmethode van ESO’s instrument voor de jacht op exoplaneten, HARPS, dat de snelheidsverandering meet die de zwaartekracht van een planeet bij zijn moederster teweegbrengt. Directe methoden, zoals de techniek die tot dit resultaat heeft geleid, behelzen waarnemingen van de planeet zelf, in plaats van zijn effect op zijn moederster.

[4] Tot de meest recente ontdekkingen van exoplaneten die met ESO-telescopen zijn gedaan, behoren de succesvolle ontdekking vorig jaar van een superaarde in een baan om de Ster van Barnard, de meest nabije enkelvoudige buurster van onze zon, en de ontdekking van jonge planeten met ALMA, die op een andere nieuwe techniek voor de detectie van exoplaneten was gebaseerd.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn gepresenteerd in het artikel ‘First direct detection of an exoplanet by optical interferometry’ in Astronomy and Astrophysics.

Het onderzoeksteam bestond uit:  S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, France [LESIA]; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland [MPE]), M. Nowak (LESIA), J. Wang (Vakgroep astronomie van het California Institute of Technology, Pasadena, VS), O. Pfuhl (MPE), F. Eisenhauer (MPE), R. Abuter (ESO, Garching, Duitsland), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), N. Anugu (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; School of Physics, Astrophysics Group, University of Exeter, Exeter, VK), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]), J.P. Berger (IPAG), H. Beust (IPAG), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Zwitserland), M. Bonnefoy (IPAG), H. Bonnet (ESO, Garching, Duitsland), P. Bourget (ESO, Santiago, Chili), W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA), B. Charnay (LESIA), F. Chapron (LESIA) , Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P.T. de Zeeuw (MPE; Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden), C. Deen (MPE), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; ESO, Santiago, Chili; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), R. Garcia Lopez (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Ireland; MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Vakgroepen fysica en astronomie van de Universiteit van Californië, Berkeley, VS), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), A. Greenbaum (Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, VS), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chili), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland), Z. Hubert (LESIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), S. Kendrew (European Space Agency, Space Telescope Science Institute, Baltimore, VS; MPIA), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO, Santiago, Chili), A.-M. Lagrange (IPAG), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A.-L. Maire (STAR Institute, Universiteit van Luik, België; MPIA), P. Mollière (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), L. Pueyo (Space Telescope Science Institute, Baltimore, VS), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Santiago, Chili), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico Stad, Mexico; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), N. Schuhler (ESO, Santiago, Chili), O. Straub (LESIA; MPE), C. Straubmeier (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), E.F. van Dishoeck (MPE; Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland), I. Waisberg (MPE) , F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Duitsland), S. Yazici (MPE; I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Keulen, Duitsland), D. Ziegler (LESIA) en G. Zins (ESO, Santiago, Chili).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili en strategisch partner Australië. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

•    Onderzoeksartikel

•    Foto’s van GRAVITY

•    Foto’s van de VLT

Contact

Sylvestre Lacour
CNRS/LESIA, Observatoire de Paris - PSL
5 place Jules Janssen, Meudon, France
Tel: +33 6 81 92 53 89
E-mail: Sylvestre.lacour@observatoiredeparis.psl.eu

Mathias Nowak
CNRS/LESIA, Observatoire de Paris - PSL
5 place Jules Janssen, Meudon, France
Tel: +33 1 45 07 76 70
Mobiel: +33 6 76 02 14 48
E-mail: Mathias.nowak@observatoiredeparis.psl.eu

Dr. Paul Mollière
Sterrewacht Leiden, Huygens Laboratory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 64 2729185
E-mail: molliere@strw.leidenuniv.nl

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-mail: pio@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media