HARPS upptäcker 50 nya exoplaneter

Spektrografen HARPS på 3,6-metersteleskopet vid ESO:s La Silla-observatorium i Chile är världens mest framgångsrika planetfinnare [1]. Forskarteamet bakom HARPS, som leds av Michel Mayor vid Genèves universitet i Schweiz, offentliggjorde idag upptäckten av fler än 50 nya exoplaneter med omloppsbanor runt närbelägna stjärnor. Bland dem finns 16 så kallade superjordar [2]. Det här är det största antalet av den här typen av planeter som någonsin offentliggjorts på en och samma gång [3]. De nya fynden presenteras på konferensen Extreme Solar Systems (Extrema solsystem) i Wyoming, USA, där 350 experter på exoplaneter möts den här veckan.

- Skörden av upptäckter från HARPS har överträffat alla förväntningar. Den befolkas av en en enastående samling superjordar och neptunusliknande planeter med värdstjärnor som är mycket lika solen. Dessutom visar de nya forskningsresultaten att upptäcktstakten går allt fortare, säger Michel Mayor.

Under de åtta år som har gått sedan HARPS började kartlägga solliknande stjärnor med radialhastighetsmetoden har instrumentet använts för att upptäcka fler än 150 nya planeter. Av de exoplaneter med massor mindre än Neptunus [4] som vi känner till har ungefär två tredjedelar upptäckts av HARPS. Dessa utomordentliga upptäckter är frukten av flera hundra observationsnätter med HARPS [5].

Astronomerna har nu också lyckats göra en mer nogrann uppskattning av hur sannolikt det är för en stjärna som solen att ha en planet med låg massa (dvs med massa mindre än en gasjätte). Genom att analysera HARPS observationer av 376 solliknande stjärnor fann de att ungefär 40% av sådana stjärnor har åtminstone en planet med mindre massa än Saturnus. Majoriteten av exoplaneter med massor mindre än Neptunus förefaller finnas i system med flera planeter.

HARPS genomgår uppgraderingar av både hård- och mjukvarusystem för att det ska nå en ny nivå av stabilitet och känslighet. Detta krävs för att instrumentet ska kunna leta efter stenplaneter med rätt förutsättningar för liv. Till en ny kartläggning har tio närbelägna stjärnor som liknar solen valts ut. Dessa stjärnor, som redan tidigare observerats med HARPS, har valts ut för att de är väl lämpade för extremt noggranna radialhastighetsmätningar. Nu efter två års arbete har astronomteamet upptäckt fem nya planeter med massor som är mindre än fem gånger jordens.

Francesco Pepe vid Geneves observatorium i Schweiz är huvudförfattare till en av teamets nyligen publicerade artiklar.

– De här planeterna kommer finnas med bland de bästa observationsmålen när framtidens rymdteleskop letar efter de kemiska kännetecknen för liv i planeternas atmosfärer, som till exempel spår av syre, säger han.

En av de nyupptäckta planeterna, HD 85512 b, uppskattas ha en massa på bara 3,6 gånger jordens [6]. Dessutom befinner den sig på randen av den beboeliga zonen – det smala området runt en stjärna där vatten kan finnas i flytade form om förutsättningarna är de rätta [7].

Lisa Kaltenegger vid Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg, Tyskland och Harvard Smithsonian-centret för astrofysik i Boston, USA är expert på planeters beboelighet.

- Bland de planeter som upptäckts med radialhastighetsmetoden är den här den med lägst massa som kan tänkas ligga inuti sin stjärnas beboeliga zon. Den är den andra lågmassiva planet som HARPS har upptäckt i den beboeliga zonen, säger hon.

Med den ökade precisionen i den nya HARPS-kartläggningen så är det möjligt att detektera planeter med massa under två gånger jordens. HARPS är nu så känslig att den kan detektera radialhastighetförändringar under 4 kilometer i timmen [8]. Detta motsvarar mindre än gånghastighet.

– Detektionen av HD 85512 b är långt över gränsen för vad HARPS kan upptäcka. Den visar på möjligheterna att upptäcka andra superjordar i beboeliga zoner runt stjärnor som liknar solen, tillägger Mayor.

Forskningsresultaten gör att astronomer nu känner sig säkra på att de snart kommer att upptäcka fler små, beboeliga stenplaneter runt stjärnor som liknar vår sol. Nya instrument är planerade att byggas för att föra jakten vidare. Bland dessa finns en kopia av HARPS som kommer att installeras på Telescopio Nazionale Galileo på Kanarieöarna och som kommer att söka bland stjärnor på den norra stjärnhimlen. Dessutom kommer en ny och än mer kraftfull planetfinnare med namnet ESPRESSO att installeras på ESO:s jätteteleskop VLT år 2016 [9]. Längre fram i tiden så kommer instrumentet CODEX, som planeras att sitta på E-ELT, att ta den här tekniken till en ännu högre nivå.  

Michel Mayor, som var först med att upptäcka en exoplanet runt en vanlig stjärna år 1995, blickar mot framtiden.

– Under de kommande tio till tjugo åren ska vi kunna få ihop den första listan med möjliga beboeliga planeter i solens närhet. Det är absolut nödvändigt att skapa en sån här lista inför framtida experiment som ska kunna söka efter eventuella spektroskopiska livstecken i exoplaneternas atmosfärer, avslutar han.

[1] HARPS mäter en stjärnas radialhastighet med utomordentlig precision. En planet i omloppsbana runt en stjärna påverkar stjärnan så att den rör sig regelbundet omsöm mot och omsöm bort ifrån en avlägsen observatör på jorden. På grund av dopplereffekten ger förändringen i radialhastighet (hastighet längs siktlinjen) upphov till ett skift av stjärnans spektrum till längre våglängder medan den rör sig bort ifrån observatören (en så kallad rödförskjutning) och en motsvarande blåförskjutning när stjärnan rör sig mot observatören. Denna minimala förskjutning av stjärnans spektrum kan mätas med en högprecisionsspektrograf, som HARPS, och användas för att avslöja närvaron av en planet.

[2] Planeter vars massa ligger mellan en och tio gånger jordens kallas superjordar. Sådana planeter saknas i vårt solsystem, men de tycks vara mycket vanliga runt andra stjärnor. Att upptäcka en superjord i den beboeliga zonen runt en stjärna är spännande - om planeten är stenig och har vatten så skulle den potentiellt kunna härbärgera liv.

[3] Antalet kända exoplaneter står för närvarande kring 600. Utöver planeter som upptäckts med radialhastighetsmetoden har fler än 1200 planetkandidater hittats av NASA:s rymdteleskop Kepler. Kepler använder istället passagemetoden: den letar efter en mycket liten minskning i ljusstyrka som en stjärna visar upp när en planet passerar framför den och blockerar en del av dess ljus. De flesta planeter som upptäckts med denna metod ligger mycket långt bort. Planeterna som upptäckts av HARPS ligger å andra sidan runt stjärnor som ligger nära solen. Detta gör att de är bättre mål för många olika typer av uppföljningsobservationer.

[4] Neptunus massa är omkring 17 gånger jordens.

[5] Detta gigantiska observationsprogram leds av Stéphane Udry (Genèveobservatoriet, Schweiz). 

[6] Med radialhastighetsmetoden kan astronomer endast uppskatta en minimimassa för en planet. Massuppskattningen beror också på planetbanans lutning relativt siktlinjen mellan stjärnan och observatören. Lutningen är okänd. Statistiskt sett ligger minimimassan dock nära planetens verkliga massa.

[7] Hittills har HARPS hittat två superjordar som kan ligga i den beboeliga zonen. Den första, Gliese 581 d, upptäcktes 2007 (eso0722). Nyligen kunde HARPS även användas för att bevisa att den andra kandidaten till superjord i den beboeliga zonen runt stjärnan Gliese 581 inte finns. 

[8] Med ett stort antal mätningar når HARPS detektionsförmåga nästan 100 procent för superjordar med 10 gånger jordens massa och med omloppstider av ett år eller mindre. Även för planeter med massa tre gånger jordens och omloppstid ett år är detektionssannolikheten nära 20 procent.

[9] ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations, eller Echellespektrografen för stabila spektrografiska observationer av steniga exoplaneter) kommer att installeras på ESO:s jätteteleskop VLT. Driftstart för instrumentet, som för närvarande är inne på sin konstruktionsfas, är beräknad till år 2016. ESPRESSO kommer att erbjuda precision i radialhastighet på bättre än 0,35 kilometer i timmen. Det kan jämföras med radialhastighetsändringen som jorden utövar på solen, 0,32 kilometer i timmen.

•  Forskningsartikeln i Astronomy & Astrophysics: 
  
  • “The HARPS search for Earth-like planets in the habitable zone, I — Very low-mass planets around HD20794, HD85512, HD192310” (Pepe et al., 2011)
  • "The HARPS search for southern extra-solar planets XXXIV. Occurrence, mass distribution and orbital properties of super-Earths and Neptune-mass planets" (Mayor et al., 2011)
• Mer information om HARPS
• Mer om ESPRESSO
• Gliese 581
• Bilder på La Silla-observatoriet