science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De lage dichtheid van sommige exoplaneten is bevestigd

Een artistieke weergave van het stellaire systeem Kepler-9 en twee van zijn planeten. Astronomen hebben de zeer lage dichtheden van twee van de planeten van Kepler-9 bevestigd met behulp van zowel transit-timing als radiale snelheidsmethoden. Krediet:NASA, Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Ames Onderzoekscentrum

De Kepler-missie en de uitbreiding ervan, genaamd K2, duizenden exoplaneten ontdekt. Het heeft ze gedetecteerd met behulp van de transittechniek, het meten van de dip in lichtintensiteit wanneer een om de aarde draaiende planeet over het gezicht van zijn moederster bewoog, gezien vanaf de aarde. Transits kunnen niet alleen de omlooptijd meten, ze kunnen vaak de grootte van de exoplaneet bepalen aan de hand van de gedetailleerde diepte en vorm van de transitcurve en de eigenschappen van de gastheerster. De transitmethode, echter, meet niet de massa van de planeet. De radiale snelheidsmethode, daarentegen, die de schommeling van een gastster meet onder de aantrekkingskracht van een in een baan om de aarde draaiende exoplaneet, maakt het meten van de massa mogelijk. Het kennen van de straal en massa van een planeet maakt het mogelijk om de gemiddelde dichtheid te bepalen, en dus aanwijzingen voor de samenstelling ervan.

Ongeveer vijftien jaar geleden, CfA-astronomen en anderen realiseerden zich dat in planetaire systemen met meerdere planeten, de periodieke aantrekkingskracht van de ene planeet op de andere zal hun baanparameters veranderen. Hoewel de transitmethode de massa's van exoplaneten niet rechtstreeks kan meten, het kan deze orbitale variaties detecteren en deze kunnen worden gemodelleerd om massa's af te leiden. Kepler heeft honderden exoplaneetsystemen geïdentificeerd met variaties in transittijden, en tientallen zijn met succes gemodelleerd. Verrassend genoeg, deze procedure leek een prevalentie van exoplaneten met zeer lage dichtheden te vinden. Het Kepler-9-systeem, bijvoorbeeld, blijkt twee planeten te hebben met een dichtheid van respectievelijk 0,42 en 0,31 gram per kubieke centimeter. (Ter vergelijking, de gemiddelde dichtheid van de rotsachtige aarde is 5,51 gram per kubieke centimeter, water is, per definitie, 1,0 gram per kubieke centimeter, en de gasreus Saturnus is 0,69 gram per kubieke centimeter.) De opvallende resultaten wierpen enige twijfel op over een of meer onderdelen van de methodologie voor het variëren van de transittiming en veroorzaakten een al lang bestaande bezorgdheid.

CfA-astronomen David Charbonneau, David Latham, Mercedes Lopez-Morales, en David Philips, en hun collega's testten de betrouwbaarheid van de methode door de dichtheden van de Kepler-9-planeten te meten met behulp van de radiale snelheidsmethode, de twee Saturnus-achtige planeten behoren tot een kleine groep exoplaneten waarvan de massa met beide technieken (al is het maar net) kan worden gemeten. Ze gebruikten de HARPS-N-spectrometer op de Telescopio Nazionale Galileo in La Palma in zestien waarnemingsperioden; HARPS-N kan typisch snelheidsvariaties meten met een fout zo klein als ongeveer twintig mijl per uur. Hun resultaten bevestigen de zeer lage dichtheden verkregen door de transit-timingmethode, en controleer de kracht van de transit-variatiemethode.