Zijn wij alleen in de kosmos? – deel 2: De jacht op exoplaneten

Weinig vragen spreken meer tot de verbeelding. De ontdekking van exoplaneten en het vooruitzicht dat we in de komende jaren zicht krijgen op de chemische samenstelling van hun atmosfeer laat deze vraag steeds meer opschuiven van science fiction naar science. In deze reeks bekijken we hoe de wetenschap deze vraag benadert.

De jacht op exoplaneten

In deel 1 – Aliens van vroeger tot nu mikten we meteen hoog: met radiotelescopen zochten we naar signalen uit de ruimte, uitgezonden door een exobeschaving. Ook al hebben we in die bijna 60 jaar sinds we onze radiotelescopen op de ruimte richten nog geen bevestigd onverklaarbaar signaal opgevangen, onderzoekers blijven dit spoor bewandelen.

Maar het is intussen lang niet meer het enige, en zelfs niet meer het voornaamste spoor. Eén van de grote doorbraken van de 21ste eeuw in dit opzicht, is de jacht op exoplaneten.

Van gaswolk tot planeet

In Duizelingwekkende dimensies beschreven we reeds hoe onze positie in het heelal telkens weer een stukje minder bevoorrecht bleek dan gedacht. De aarde staat niet in het centrum, maar draait rond de zon. De zon is zelf een vrij gewone ster op een weinig opvallende plek in één van talloos veel sterrenstelsels. Als de vorming van planeten rond sterren dan ook nog eens een universeel proces zou zijn, vervalt zelfs ons speciaal statuut van planeet.

Het voortschrijdend inzicht in het proces van stervorming in de laatste decennia van de vorige eeuw wees alvast in die richting. Sterren ontstaan wanneer een gaswolk onder invloed van haar eigen zwaartekracht samentrekt tot klonters. Elke klonter kan aanleiding geven tot de vorming van een ster. De overschotjes van dat proces verzamelen zich in een schijf van stof en gas rond de pas gevormde ster. Brokstukjes uit die stofschijf kunnen samenklitten tot planeten en andere hemellichamen.

Schematisch overzicht van stervorming: een wolk trekt samen onder invloed van de eigen zwaartekracht. Uit elke klonter kan een ster ontstaan, met resterend gas en stof errond.

Zoeken in het infrarood

Maar hoe ontdek je dan een planeet rond een andere ster dan de zon, exoplaneet genaamd? Een planeet zendt nu eenmaal geen licht uit, dus hoe kan je er dan ooit een zien? Daarom zochten sterrenkundigen aanvankelijk vooral naar indirect bewijsmateriaal. De stofschijf rond de ster zou een deel van het sterlicht moeten absorberen en als warmtestraling in het infrarode gebied van het spectrum uitzenden. Als je vanop aarde (of met een ruimtetelescoop) naar een ster kijkt en je hebt het geluk dat de stofschijf zich op de gezichtslijn bevindt, kan je de aanwezigheid ervan afleiden uit een teveel aan infrarode straling.

Zo werden in de jaren 1990 dankzij gegevens van infrarode ruimtetelescopen de eerste voorzichtige voorspellingen gemaakt van het percentage sterren met stofschijven – en dus vermoedelijk planeetvorming (bv. An analysis of the incidence of the VEGA phenomenon among main-sequence and POST main-sequence stars). Deze methode bevestigde empirisch dat het proces dat tot planeten moet leiden inderdaad veelvuldig optreedt, maar een echte ‘smoking gun’ voor het ontdekken van exoplaneten kon je het nog niet noemen.

De Infrared Space Observatory (1995-1998) is één van de satellieten waarmee onder meer gezocht werd naar warmtestraling afkomstig van stofschijven rond sterren.

‘Transit’

Gelukkig zijn intussen een rist andere methodes ontwikkeld die soelaas brachten. De meest succesvolle, ‘transit’ genaamd, bestaat erin om te zoeken naar een tijdelijke en periodiek weerkerende daling van de lichtintensiteit van een ster. Die laat zich verklaren door een planeet die op zijn baan rond de waargenomen ster bij elk rondje tussen ons en de ster schuift en zodoende een beetje sterlicht aan onze telescoop onttrekt.

Visualisatie van ‘transit’, een methode om exoplaneten te ontdekken door te kijken naar variaties in de helderheid van de ster.

Intussen zijn 3917 exoplaneten ontdekt, waarvan 3058 met behulp van deze ‘transit’. Een andere succesvolle methode maakt gebruik van de zwaartekracht waarmee een exoplaneet aan de ster ‘trekt’. Die is uiteraard heel wat kleiner dan die van de zon op de exoplaneet, maar in een aantal gevallen toch voldoende groot om meetbare variaties op te leveren in de snelheid waarmee de ster ten opzichte van ons beweegt.

Sinds de eerste schuchtere pogingen in de jaren 1990 gaat het crescendo met de ontdekking van exoplaneten, in het bijzonder met dank aan de Kepler Space Telescope (zie hieronder).

Soms ontdekken we heuse planetenstelsels, zoals het systeem TRAPPIST-1, in 2015 ontdekt door Luikse onderzoekers.

Het systeem TRAPPIST-1, in 2015 ontdekt door onderzoekers van de Université de Liège.

Ruimtetelescopen

Een ruime meerderheid van de tot dusver gevonden exoplaneten hebben we te danken aan de Kepler Space Telescope. Deze ruimtetelescoop bleef actief van 2009 tot eind vorig jaar en maakte gebruik van de transitmethode. Sinds 18 april 2018 zet opvolger TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) het werk van de Kepler Space Telescope voort. De verwachtingen zijn hooggespannen: de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA gaat voor 20.000 nieuwe exoplaneten, te ontdekken in een tijdspanne van hooguit enkele jaren.

Nagenoeg alle exoplaneten die vandaag gekend zijn, hebben we te danken aan de eind 2018 ter ziele gegane satelliet Kepler.

TESS, opvolger van de Kepler Space Telescope, moet vele duizenden nieuwe exoplaneten ontdekken.

Van exoplaneet naar exoleven?

De poging in deel 1 om rechtstreeks sporen van leven op te vangen bleek te hoog gegrepen. Daarom focusten we in dit tweede deel op wat exoleven sowieso nodig lijkt te hebben: exoplaneten. Die strategie leverde de afgelopen jaren een mooie vangst op, met uitzicht op nog veel meer.

Maar brengt dit ons nu dichter bij de vraag naar exoleven in het heelal? Als we kunnen aantonen dat het heelal bulkt van de exoplaneten, zou je kunnen aanvoeren dat zelfs een onooglijk kleine kans op exoleven al zou volstaan op basis van de enorme dimensies van het heelal.

Maar van wetenschap mag je wel een solidere indicatie verwachten. Dit vertaalt zich in twee concrete initiatieven. Het eerste is het zoeken naar zogenaamde Goldilockzones rond exoplaneten. Die brengen het gebied in kaart waar vloeibaar water zou kunnen voorkomen. Exoplaneten in de Goldilockzone genieten dan ook onze bijzondere aandacht. Het tweede is de studie van de eventuele atmosferen van exoplaneten in de nabije toekomst.

Beide initiatieven, die de link leggen tussen exoplaneten en de zoektocht naar exoleven, vormen het onderwerp van deel 3.

 

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *