De eerste exoplaneet is ontdekt door Subaru Strategic Program met behulp van de infraroodspectrograaf IRD op de Subaru Telescope (IRD-SSP). Deze planeet, Ross 508b, is een superaarde met ongeveer vier keer de massa van de aarde en bevindt zich in de buurt van de bewoonbare zone. Zo'n planeet kan mogelijk water op het oppervlak vasthouden en zal een belangrijk doelwit zijn voor toekomstige waarnemingen om de mogelijkheid van leven rond sterren met een lage massa te verifiëren.

Onderzoek naar exoplaneten, dat de afgelopen jaren grote vooruitgang heeft geboekt sinds de ontdekking van een gigantische planeet rond een ster die lijkt op onze zon, richt zich nu op rode dwergen, die een lagere massa hebben dan onze zon. Rode dwergen, die driekwart van de sterren in onze melkweg vormen en in grote aantallen in de buurt van ons zonnestelsel voorkomen, zijn uitstekende doelen om exoplaneten in onze buurt te vinden. De ontdekking van dergelijke nabijgelegen exoplaneten, met gedetailleerde observaties van hun atmosferen en oppervlaktelagen, zal ons in staat stellen om de aan- of afwezigheid van leven te bespreken in omgevingen die heel anders zijn dan die van ons zonnestelsel.

Rode dwergen zijn echter erg zwak in zichtbaar licht vanwege hun lage oppervlaktetemperatuur van minder dan 4.000 graden. Bij eerdere zoektochten naar planeten met spectrometers voor zichtbaar licht zijn slechts enkele planeten rond zeer nabije rode dwergen ontdekt, zoals Proxima Centauri b. Met name rode dwergen met oppervlaktetemperaturen onder de 3.000 graden (laattype rode dwergen) zijn niet systematisch op zoek gegaan naar planeten. De transitmethode, die veranderingen in stellaire helderheid detecteert wanneer een planeet voor een ster langsgaat, vereist niet zoveel fotonen als de spectroscopische Doppler-methode, dus het zoeken naar planeten rond rode dwergen met behulp van de transitmethode is de afgelopen jaren gevorderd . Zoeken naar planeten op doorreis met TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) kan terrestrische planeten detecteren rond relatief zware rode dwergen (vroege rode dwergen).

Hoewel rode dwergen belangrijke doelen zijn voor het bestuderen van het leven in het heelal, zijn ze moeilijk waar te nemen omdat ze te zwak zijn in zichtbaar licht. Om de problemen op te lossen die gepaard gaan met spectroscopische waarnemingen van rode dwergen, is lang gewacht op een planetaire zoektocht met behulp van een zeer nauwkeurige spectrograaf in het infrarood, waar rode dwergen relatief helder zijn. De helderheid van de zon, gezien vanaf 30 lichtjaar afstand, is bijvoorbeeld vijf magnitude in zichtbaar licht en drie magnitude in infrarood licht. Aan de andere kant zijn de lichtste rode dwergen van het late type erg zwak in zichtbaar licht met een magnitude van 19, maar relatief helder in het infrarood met een magnitude van 11.

Het Astrobiology Center in Japan heeft met succes IRD (InfraRed Doppler-instrument) ontwikkeld, 's werelds eerste zeer nauwkeurige infraroodspectrograaf voor telescopen van 8-meterklasse. IRD gemonteerd op de Subaru-telescoop kan minieme schommelingen in de snelheid van een ster detecteren, ongeveer de snelheid van een persoon die loopt.

De transitmethode kan alleen planeten detecteren waarvan de banen langs de gezichtslijn liggen, terwijl de Doppler-methode planeten kan detecteren ongeacht hun oriëntatie ten opzichte van het hemelvlak. Het is ook een belangrijke methode omdat het de "massa" van een planeet kan bepalen.

Het IRD Subaru Strategic Program (IRD-SSP) voor het zoeken naar planeten rond laat-type rode dwergen begon in 2019. Dit is de eerste systematische zoektocht naar planeten rond laat-type rode dwergen en is een internationaal project waarbij ongeveer 100 binnenlandse en internationale onderzoekers betrokken zijn. Tijdens de eerste twee jaar werden screeningsobservaties uitgevoerd om "stabiele" rode dwergen te vinden met weinig ruis, waar zelfs kleine planeten kunnen worden gedetecteerd. Rode dwergen hebben een hoge oppervlakteactiviteit, zoals fakkels, en deze oppervlakteactiviteit kan veranderingen in de gezichtslijnsnelheid van de ster veroorzaken, zelfs als er geen planeten bestaan. Daarom zijn alleen stabiele rode dwergen met een lage oppervlakteactiviteit doelwitten bij het zoeken naar kleine aardachtige planeten.

Momenteel bevindt het project zich in de fase van intensieve observatie van ongeveer 50 veelbelovende laat-type rode dwergen die zorgvuldig werden geselecteerd door middel van de screening.

De eerste exoplaneet die door de IRD-SSP is ontdekt, bevindt zich op ongeveer 37 lichtjaar afstand van de aarde, rond een rode dwergster genaamd Ross 508, die een vijfde van de massa van de zon is. Dit is de eerste exoplaneet die is ontdekt door een systematische zoektocht met een infraroodspectrometer.

Om te bevestigen dat het periodiek wiebelen van Ross 508 inderdaad te wijten is aan een planeet, identificeerde het IRD-SSP-team verschillende indicatoren van stellaire activiteit die een vals-positief van een planeet zouden kunnen produceren (bijv. veranderingen in de stellaire helderheid en vorm van een emissie lijnen) en toonde aan dat de periode van deze indicatoren duidelijk verschilt van de waargenomen planetaire periode. Dit is een moeilijkere taak dan het gebruik van de Doppler-methode om planetaire kandidaten te bevestigen die eerder door de transitmethode zijn gemeld, maar het is een essentiële methode voor het detecteren van niet-transiterende planeten.

Deze planeet, Ross 508b, heeft een minimale massa van slechts ongeveer vier keer die van de aarde. De gemiddelde afstand tot zijn centrale ster is 0,05 keer de afstand aarde-zon, en hij bevindt zich aan de binnenrand van de bewoonbare zone. Interessant is dat de planeet waarschijnlijk een elliptische baan heeft, in welk geval hij de bewoonbare zone binnen zou gaan met een omlooptijd van ongeveer 11 dagen (figuren 1 en 2).

Planeten in de bewoonbare zone zouden water op hun oppervlak kunnen vasthouden en leven kunnen herbergen. Ross 508b zal een belangrijk doelwit zijn voor toekomstige waarnemingen om de mogelijkheid van bewoonbaarheid op planeten rond rode dwergen te verifiëren. Spectroscopische waarnemingen van moleculen en atomen in de planetaire atmosfeer zijn ook belangrijk, terwijl de huidige telescopen de planeet niet direct in beeld kunnen brengen vanwege de nabijheid van de centrale ster. In de toekomst zal het een van de doelwitten zijn van het zoeken naar leven door telescopen van 30-meterklasse.

Tot nu toe zijn er slechts drie planeten bekend die om zulke zeer lichte sterren draaien, waaronder Proxima Centauri b. De IRD-SSP zal naar verwachting doorgaan met het ontdekken van nieuwe planeten.

"Ross 508b is de eerste succesvolle detectie van een superaarde die alleen nabij-infraroodspectroscopie gebruikt. Daarvoor waren bij de detectie van planeten met een lage massa zoals superaarde, nabij-infraroodwaarnemingen alleen niet nauwkeurig genoeg, en verificatie door zeer nauwkeurige gezichtslijnsnelheidsmetingen in zichtbaar licht noodzakelijk was.Deze studie toont aan dat alleen IRD-SSP planeten kan detecteren, en toont duidelijk het voordeel aan van IRD-SSP in zijn vermogen om met een hoge precisie te zoeken, zelfs voor laat-type rode dwergen die te zwak zijn om met zichtbaar licht te worden waargenomen", zegt dr. Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), de hoofdauteur van het onderzoeksartikel.

"Het is 14 jaar geleden sinds het begin van de ontwikkeling van IRD. We zijn doorgegaan met onze ontwikkeling en onderzoek in de hoop een planeet te vinden die precies lijkt op Ross 508b. Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt door de hoge instrumentale prestaties van IRD, het grote diafragma van de Subaru Telescope, en het strategische raamwerk van observaties dat intensieve en frequente data-acquisitie mogelijk maakte. We zijn vastbesloten om nieuwe ontdekkingen te doen." zegt professor Bun'ei Sato (Tokyo Institute of Technology), de hoofdonderzoeker van IRD-SSP.

Deze resultaten verschenen als Harakawa et al. "Een superaarde die in een baan rond de binnenrand van de bewoonbare zone rond de M4.5-dwerg Ross 508 draait" in Publicaties van de Astronomical Society of Japan op 30 juni 2022. + Verder verkennen

Superaarde exoplaneet in baan om nabije ster ontdekt