Wetenschap
Het observatorium voor bewoonbare werelden kon exo-verduisteringen van de maan en de zon waarnemen
Een toekomstig ruimteobservatorium zou exo-eclipsen kunnen gebruiken om exomaanpopulaties op te sporen.
Als je net als wij bent, kom je nog steeds neer op de hemelse euforie die de totale zonsverduistering van vorige maand was. Het schouwspel van de maan die de zon blokkeert, heeft astronomen in het verleden ook unieke wetenschappelijke kansen geboden, van de ontdekking van helium tot bewijs voor de algemene relativiteitstheorie. Nu kunnen verduisteringen in afgelegen exoplanetaire systemen helpen bij de jacht op ongrijpbare exomanen.
Een recente studie van de Universiteit van Michigan in samenwerking met Johns Hopkins APL en het Department of Physics en het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van het Massachusetts Institute of Technology, getiteld "Exomoons &Exorings with the Habitable Worlds Observatory I:On the Detection of Earth-Maan Analog Shadows &Eclipses", gepost op de arXiv preprint-server, lijkt een toekomstige missie te gebruiken om op zoek te gaan naar eclipsen, transits en occultaties in verre systemen.
Op jacht naar exomanen
"HWO zal waarschijnlijk in staat zijn om exomanen te detecteren met behulp van een verscheidenheid aan detectiemethoden, in tegenstelling tot bestaande observatoria", vertelde Mary Anne Limbach (Universiteit van Michigan), hoofdauteur van het onderzoek, aan Universe Today. "In een systeem waarin we een exomaan detecteren via een exo-eclips, kunnen we mogelijk andere kenmerken waarnemen, zoals licht van de maan binnen het gecombineerde gereflecteerde lichtspectrum van de maan en de planeet."
Het voorgestelde Habitable Worlds Observatory (HWO) is afgeleid van het LUVOIR-B-concept (Large Ultraviolet Optical and Infrared Explorer). Dit werd benadrukt in de Astro2020 Decadal Survey voor ruimteastronomie. HWO zou werken vanuit het L2 Lagrange-punt van de zon en de aarde (het huidige thuis voor Euclid en JWST) en ergens halverwege de jaren 2030 gelanceerd worden op een SLS of Falcon Heavy.
HWO zou een vrij vliegend ‘sterrenschild’ gebruiken, waardoor het exoplaneten die rond sterren draaien, rechtstreeks kan observeren. Maar wat waarnemers echt aanlokkelijk is, is het idee om grote manen in een baan om genoemde planeten te zien. Tot nu toe zijn claims over exomaan-detecties zoals Kepler-1625b en Kepler-1708b ongrijpbaar gebleven. Als deze manen echter langs hun respectieve eclipticale vlakken draaien, zouden we duidelijke dalingen in helderheid zien als deze manen in de schaduw van de planeet komen, en vervolgens hun schaduwen terugwerpen op de primaire gastheer.
Verduisteringen, transits en occultaties
In de astronomie noemen we dit eclips-transitpatroon een reeks wederzijdse gebeurtenissen, waarbij het ene lichaam voor het andere langs beweegt. In ons eigen zonnestelsel is Jupiter daar een goed voorbeeld van. De aarde en de maan ervaren twee keer per jaar soortgelijke gebeurtenissen tijdens zogenaamde eclipsseizoenen.
“De belangrijkste missie van HWO is het zoeken naar tekenen van leven op planeten die rond andere sterren draaien. Om dit te bereiken zal HWO veel nabijgelegen sterrenstelsels moeten observeren, soms gedurende meerdere dagen achter elkaar”, zegt Limbach.
“Tijdens deze waarnemingen zal HWO het gereflecteerde licht van de direct in beeld gebrachte planeten in het systeem meten. Als er gedurende deze tijd een exo-eclips (of transit) plaatsvindt, zouden we tijdens de eclips aanzienlijk minder licht van de planeet waarnemen (tot ongeveer 30% minder voor een aarde-maan-analoog, afhankelijk van de orbitale fase)."
We hebben al enig idee hoe een ‘exo-eclips’ of transitgebeurtenis er van een afstand uit zou kunnen zien. In 2008 heeft NASA het Deep Impact-ruimtevaartuig opnieuw gebruikt voor wat bekend stond als de EPOXI (een combinatie van twee acroniemen:de Deep Impact Extended Investigation en de Extrasolar Planet Observation and Characterization-missies). Terugkijkend op het aarde-maansysteem zag EPOXI een reeks transits. Deze geven onderzoekers een idee hoe zo’n evenement eruit zou kunnen zien.
Op zoek naar aardse analogen
Het Habitable Worlds Observatory zou in het nabij-infrarood werken, een band waar grote manen hun gastwerelden kunnen overtreffen. Met een analoog aarde-maansysteem zal HWO naar verwachting 2 tot 20 wederzijdse gebeurtenissen zien op een afstand van 10 parsec. Grotere gasreuzengebeurtenissen kunnen tot op 20 parsec afstand worden gedetecteerd.
"Aangezien er meerdere exomaan-detectiemethoden beschikbaar zullen zijn voor HWO en we voorspellen dat deze de detectie van exomoons zullen vergemakkelijken, kan HWO mogelijk in staat zijn algemene informatie te onthullen over exomoons als populatie, zoals hoe vaak of zeldzaam grote manen rond aardachtige planeten voorkomen. of de fysieke omstandigheden waaronder exomanen gemakkelijk worden gevonden", zegt Jacob Lustig-Yager (Universiteit van Washington). "Als HWO veel exomanen kan detecteren, kan dit in de toekomst de deur openen voor dergelijke populatiestudies."
Zeker, de detectie van exomanen via de exo-verduisteringen die ze produceren zal moeilijk zijn. Dit zal het allernieuwste zijn van waartoe zelfs het Habitable Worlds Observatory in staat is. Ook deze werkwijze zal te maken krijgen met valse signalen. Deze omvatten mogelijke "exo-ringen" en zelfs weersvariabiliteit en rotatie die het albedo of de algehele helderheid van de primaire gastheer veranderen.
Aan de positieve kant merken onderzoekers op dat jongere systemen meer wederzijdse gebeurtenissen zouden moeten veroorzaken. Denk aan het aarde-maansysteem in het begin van zijn geschiedenis, toen de maan voor het eerst van de aarde werd gerukt en veel dichterbij stond. Deze oermaan zou groot aan de hemel hebben gestaan en veel verduisteringen hebben veroorzaakt.
Een populatie exomanen
‘Het volgende aspect dat we onderzoeken is de spectroscopische detecteerbaarheid van ‘aardeachtige’ manen die rond gasreuzenplaneten in de bewoonbare zone draaien’, zegt Limbach. "Hoewel dergelijke manen vaak in beeld zijn gebracht in de populaire cultuur (bijvoorbeeld Endor en Pandora), zou HWO het eerste observatorium kunnen zijn dat in staat is ze te detecteren en te karakteriseren, mochten ze bestaan."
Uiteindelijk zouden de beschreven methoden kunnen leiden tot de detectie van een hele populatie exomanen, waardoor we met enige autoriteit kunnen zeggen hoe vaak ze voorkomen in de kosmos.