Onder een elegant kantoorgebouw met een rood pannendak in Spaanse stijl in Pasadena, Californië, drie versleten magazijnen beschermen meer dan een eeuw astronomie. Beneden de trap en aan de rechterkant is een kelder van verwondering. Er zijn talloze houten laden en dozen, gestapeld van vloer tot plafond, met telescoopplaten, tekeningen van zonnevlekken en andere gegevens. Een vage ammoniakachtige geur, doet denken aan oude film, vult de lucht.

Een opslagruimte wordt bewaakt door een korte zwarte deur met een bord waarop staat:"Deze deur moet gesloten blijven."

Carnegie Observatoria biedt onderdak aan 250, 000 fotografische platen genomen op Mount Wilson, Palomar en Las Campanas observatoria, over meer dan 100 jaar. In hun hoogtijdagen, de Mount Wilson 60-inch en 100-inch telescopen - de grotere zag zijn eerste licht op 1 november 1917 - waren de krachtigste instrumenten in hun soort. Elk veranderde onuitwisbaar het begrip van de mensheid van onze plaats in de kosmos. Maar deze technologische wonderen waren hun tijd ver vooruit - in één geval het vastleggen van tekenen van verre werelden die een eeuw lang niet zouden worden herkend.

Mount Wilson is de plek waar in het begin van de 20e eeuw enkele van de belangrijkste ontdekkingen over onze melkweg en ons universum werden gedaan. Dit is waar Edwin Hubble zich realiseerde dat de Melkweg niet de omvang van ons universum kan zijn, omdat Andromeda (of M31) verder weg is dan de verste uithoeken van onze melkweg. De fotografische plaat van de 100-inch Hooker Telescope uit 1923, die deze monumentale realisatie vastlegde, wordt opgeblazen als een enorme poster buiten de Carnegie-magazijnen.

Hubble en Milton Humason, wiens carrière bij Mount Wilson begon als conciërge, werkten samen om de uitdijende aard van het universum te verkennen. Met behulp van de legendarische telescopen, evenals gegevens van Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona, ze herkenden dat clusters van sterrenstelsels van elkaar weg bewegen - en dat de verder weg gelegen sterrenstelsels met grotere snelheden van elkaar weg bewegen.

Maar er is een veel minder bekende 100 jaar oude ontdekking van Mount Wilson, een die tot voor kort niet werd geïdentificeerd en niet werd gewaardeerd. Het is eigenlijk:het eerste bewijs van exoplaneten.

Een detective verhaal

Het begon met Ben Zuckerman, emeritus hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Hij was op uitnodiging van Jay Farihi een lezing aan het voorbereiden over de samenstelling van planeten en kleinere rotslichamen buiten ons zonnestelsel voor een symposium in juli 2014. die hij had helpen begeleiden toen Farihi een afgestudeerde student was aan de UCLA. Farihi had voorgesteld dat Zuckerman zou praten over de vervuiling van witte dwergen, die zwak zijn, dode sterren die voornamelijk uit waterstof en helium bestaan. Door "vervuiling, " astronomen bedoelen zware elementen die de fotosferen binnendringen - de buitenste atmosferen - van deze sterren. Het punt is, al die extra elementen zouden er niet moeten zijn - de sterke zwaartekracht van de witte dwerg zou de elementen in het binnenste van de ster moeten trekken, en uit het zicht.

De eerste geïdentificeerde vervuilde witte dwerg heet van Maanen's Star (of "van Maanen 2" in de wetenschappelijke literatuur), naar zijn ontdekker Adriaan van Maanen. Van Maanen vond dit object in 1917 door zijn subtiele beweging ten opzichte van andere sterren waar te nemen tussen 1914 en 1917. Astronoom Walter Sydney Adams, die later directeur zou worden van Mount Wilson, legde het spectrum vast - een chemische vingerafdruk - van de ster van Van Maanen op een kleine glasplaat met behulp van de 60-inch telescoop van Mount Wilson. Adams interpreteerde het spectrum als van een F-type ster, vermoedelijk gebaseerd op de aanwezigheid en sterkte van calcium en andere absorptiekenmerken van zware elementen, met een temperatuur die iets hoger is dan onze zon. 1919, van Maanen noemde het een "zeer zwakke ster".

Vandaag, we weten dat van Maanen's Star, dat is ongeveer 14 lichtjaar verwijderd, is de dichtstbijzijnde witte dwerg bij de aarde die geen deel uitmaakt van een binair systeem.

"Deze ster is een icoon, " zei Farihi onlangs. "Het is de eerste in zijn soort. Het is echt het proto-prototype."

Terwijl hij zijn toespraak voorbereidde, Zuckerman had wat hij later een 'echt 'eureka'-moment noemde. Van Maanens ster, buiten het medeweten van de astronomen die het in 1917 bestudeerden en degenen die er decennia later over nadachten, moet het eerste waarnemingsbewijs zijn dat exoplaneten bestaan.

Wat heeft dit met exoplaneten te maken?

Zware elementen in de buitenste laag van de ster kunnen niet in de ster zijn geproduceerd, omdat ze onmiddellijk zouden zinken vanwege het intense zwaartekrachtveld van de witte dwerg. Naarmate er in de 20e eeuw meer witte dwergen met zware elementen in hun fotosferen werden ontdekt, wetenschappers gingen geloven dat de exotische materialen afkomstig moeten zijn van het interstellaire medium - met andere woorden, elementen zwevend in de ruimte tussen de sterren.

Maar in 1987, meer dan 70 jaar na het Mount Wilson-spectrum van Van Maanen's Star, Zuckerman en zijn collega Eric Becklin meldden een overmaat aan infrarood licht rond een witte dwerg, waarvan ze dachten dat het afkomstig zou kunnen zijn van een zwakke "mislukte ster" die een bruine dwerg wordt genoemd. Dit was, in 1990, geïnterpreteerd als een hete, stoffige schijf in een baan om een ​​witte dwerg. Tegen het begin van de jaren 2000, een nieuwe theorie van vervuilde witte dwergen was ontstaan:exoplaneten konden kleine rotsachtige lichamen naar de ster duwen, wiens krachtige zwaartekracht ze tot stof zou verpulveren. dat stof, met zware elementen uit het verscheurde lichaam, zou dan op de ster vallen.

"Waar het op neerkomt is:als je een asteroïde of komeet bent, je kunt niet zomaar je adres wijzigen. Je hebt iets nodig om je te bewegen, ' zei Farihi. 'Verreweg, de grootste kandidaten zijn planeten om dat te doen."

De Spitzer-ruimtetelescoop van NASA heeft een belangrijke rol gespeeld bij het uitbreiden van het veld van vervuilde witte dwergen die in een baan om hete, stoffige schijven. Sinds de lancering in 2004, Spitzer heeft ongeveer 40 van deze speciale sterren bevestigd. Nog een ruimtetelescoop, NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer, ontdekte ook een handvol, waardoor het totaal op ongeveer vier dozijn vandaag bekend is. Omdat deze objecten zo zwak zijn, infrarood licht is cruciaal om ze te identificeren.

"We kunnen de exacte hoeveelheid infrarood licht die van deze objecten komt niet meten met telescopen op de grond, ' zei Farihi. 'Spitzer, specifiek, barst dit gewoon wijd open."

Ondersteuning van de nieuwe "stoffige schijf" theorie van getrokken witte dwergen, in 2007, Zuckerman en collega's publiceerden waarnemingen van een witte dwergatmosfeer met 17 elementen - materialen die vergelijkbaar zijn met die in het aarde-maansysteem. (Wijlen UCLA-professor Michael Jura, die cruciale bijdragen leverden aan de studie van vervuilde witte dwergen, maakte deel uit van dit team.) Dit was een verder bewijs dat ten minste één kleine, rotsachtig lichaam - of zelfs een planeet - was verscheurd door de zwaartekracht van een witte dwerg. Wetenschappers zijn het er nu in het algemeen over eens dat een enkele witte dwergster met zware elementen in zijn spectrum waarschijnlijk ten minste één rotsachtige puingordel heeft - de overblijfselen van lichamen die gewelddadig met elkaar in botsing zijn gekomen en nooit planeten hebben gevormd - en waarschijnlijk ten minste één grote planeet.

Dus, zware elementen die toevallig in het interstellaire medium zweefden, konden de waarnemingen niet verklaren. "Ongeveer 90 jaar na de ontdekking van Van Maanen, astronomen zeiden:'Ho, dit interstellaire accretiemodel kan onmogelijk juist zijn, ', zei Zuckerman.

Het spectrum najagen

Geïnspireerd door Zuckerman, Farihi raakte gecharmeerd van het idee dat iemand in 1917 een spectrum had genomen met het eerste bewijs van exoplaneten, en dat er een verslag moet bestaan ​​van die waarneming. "Ik heb mijn tanden in de vraag en ik zou niet laten gaan, " hij zei.

Farihi reikte naar de Carnegie Observatoria, die eigenaar is van de Mount Wilson-telescopen en hun archieven bewaart. Carnegie-directeur John Mulchaey zette vrijwilliger Dan Kohne op de zaak. Kohne groef door de archieven en, twee dagen later, Mulchaey stuurde Farihi een afbeelding van het spectrum.

"Ik kan niet zeggen dat ik geschokt was, eerlijk gezegd, maar ik werd aangenaam uit mijn stoel geblazen om te zien dat de handtekening er was, en zelfs met het menselijk oog te zien was, ' zei Farihi.

Het spectrum van Van Maanen's Star waar Farihi om had gevraagd, bevindt zich nu in een kleine archiefhoes, gelabeld met de handgeschreven datum "1917 Oct 24" en een moderne gele plaknotitie:"mogelijk 1e record van een exoplaneet."

Cynthia Hunt, een astronoom die voorzitter is van Carnegie's geschiedeniscommissie, nam de glasplaat uit de envelop en plaatste deze op een kijker die hem verlichtte. Het spectrum zelf ongeveer 1/6 inch, of iets meer dan 0,4 centimeter.

Hoewel de plaat op het eerste gezicht onopvallend lijkt, Farihi zag twee duidelijke "hoektanden" die dips in het spectrum vertegenwoordigden. Naar hem, dit was de smoking gun:twee absorptielijnen van hetzelfde calciumion, wat betekent dat er zware elementen in de fotosfeer van de witte dwerg waren - wat aangeeft dat het waarschijnlijk ten minste één exoplaneet heeft. Hij schreef er in 2016 over in New Astronomy Reviews.

Exoplaneten en puinschijven

Wetenschappers hebben lang gedacht dat de zwaartekracht van reuzenplaneten de puingordels op hun plaats zou kunnen houden, vooral in jonge planetenstelsels. Een recente studie in de Astrofysisch tijdschrift toonde aan dat jonge sterren met schijven van stof en puin meer kans hebben om reuzenplaneten op grote afstand van hun moederster te hebben dan die zonder schijven.

Een witte dwerg is geen jonge ster, integendeel, het vormt zich wanneer een ster met een lage tot gemiddelde massa al alle brandstof in zijn binnenste heeft verbrand. Maar het principe is hetzelfde:de aantrekkingskracht van gigantische exoplaneten kan kleine, rotsachtige lichamen in de witte dwergen.

Onze eigen zon zal over ongeveer 5 miljard jaar een rode reus worden, het breidt zich zo uit dat het zelfs de aarde kan opslokken voordat het van zijn buitenste lagen afblaast en een witte dwerg wordt. Op dat punt, De grote zwaartekrachtsinvloed van Jupiter kan de asteroïdengordel meer verstoren, objecten naar onze veel schemerigere zon werpen. Dit soort scenario zou de zware elementen bij Van Maanen's Star kunnen verklaren.

Spitzer's waarnemingen van de ster van Van Maanen hebben daar tot nu toe geen planeten gevonden. In feite, daten, er zijn geen exoplaneten bevestigd in een baan om witte dwergen, hoewel men wel een object heeft waarvan wordt gedacht dat het een massieve planeet is. Ander overtuigend bewijs is pas in de afgelopen paar jaar naar voren gekomen. Met behulp van het W.M. Keck Observatorium in Hawaï, wetenschappers, inclusief Zuckerman, kondigden onlangs aan dat ze bewijs hadden gevonden dat een Kuipergordel-achtig object is opgegeten door een witte dwerg.

Wetenschappers zijn nog steeds bezig met het verkennen van vervuilde witte dwergen en op zoek naar de exoplaneten die ze mogelijk herbergen. Ongeveer 30 procent van alle witte dwergen die we kennen is vervuild, maar hun puinschijven zijn moeilijker te herkennen. Jura stelde dat met veel asteroïden die binnenkomen en botsen met puin, stof kan worden omgezet in gas, dat niet hetzelfde zeer waarneembare infraroodsignaal zou hebben als stof.

Farihi was enthousiast over hoe zijn detectivewerk in het Mount Wilson-archief bleek te zijn. in 2016, hij beschreef de historische vondst in de context van een overzichtsartikel over vervuilde witte dwergen, met het argument dat witte dwergen "dwingende doelen zijn voor onderzoek naar exoplaneten".

Wie weet welke andere over het hoofd geziene schatten wachten op ontdekking in de archieven van grote observatoria - de hemelobservatierecords van een kosmos rijk aan subtiliteit. Zeker, andere aanwijzingen zullen worden gevonden door degenen die gemotiveerd zijn door nieuwsgierigheid en de juiste vragen stellen.

"Het is persoonlijke interactie met gegevens die ons echt kan aansporen om te investeren in de vragen die we stellen, ' zei Farihi.