Een uitzonderlijk grote aarde

3 juni 2014 door Vincent Van Eylen in Exoplaneten

Kepler-10c op de voorgrond is meer dan 17 keer zo zwaar als de aarde, en 2,3 keer zo groot. Samen met Kepler-10b (in het rood) draait deze planeet rond een oude ster op meer dan 500 lichtjaar van de aarde. Afbeelding: David A. Aguilar. 

Enkele weken geleden ontving ik een email met de vraag naar wat bijkomende info over het exoplaneetsysteem Kepler-10. Ik was immers co-auteur van een publicatie waarin data van de Keplersatelliet van deze ster-en-zijn-planeten werden geanalyseerd. Onze analyse was voornamelijk gericht op de gedetailleerde karakterisatie van de ster door middel van asteroseismologie, de studie van stertrillingen. 

Deze techniek maakt gebruik van het nauwkeurig opmeten van de helderheid van sterren door de Keplersatelliet. Kleine variaties in helderheid geven in dit geval aan dat de ster pulseert. Het nauwkeurig bepalen van de trillingsfrequenties levert dan heel wat informatie op over de ster. Zo konden we onder andere erg nauwkeurig de leeftijd van de ster (en dus tevens zijn planeten) bepalen - met meer dan 10 miljard jaar gaat het om een erg oud planeetsysteem.

We konden de eigenschappen van de ster vervolgens ook gebruiken om de planeten beter te leren kennen. Kepler-10 heeft er twee, Kepler-10b en Kepler-10c. Beide vertonen zogeheten transits, dat wil zeggen dat ze periodisch voor de ster schuiven en een fractie van het sterlicht blokkeren. Door deze planeetovergangen te heranalyseren (beide planeten zijn immers al enkele jaren gekend) en deze informatie te combineren met de eigenschappen van de ster, konden we de grootte van Kepler-10b bepalen tot op 125 km nauwkeurig. En dat voor een planeet die meer dan 500 lichtjaar van de aarde verwijderd is!

Kepler-10b is overigens om nog een andere reden interessant: de planeet draait rond de ster in slechts 20 uur, waardoor een jaar op deze planeet dus minder lang duurt dan een dag op onze aarde. Erg dicht bij de ster en veel te heet voor leven dus, maar verder lijkt deze planeet vermoedelijk wel enigszins op de aarde. De grootte is immers ongeveer dezelfde, en de gelijkaardige massa doet vermoeden dat de samenstelling weleens zou kunnen gelijken op die van de aarde.

Die massa wordt niet gemeten met Kepler maar door middel van te kijken naar de radiele snelheid van de ster, die onder invloed van een planeet lichtjes heen en weer hobbelt. Deze beweging veroorzaakt een rood- en blauwverschuiving van het lichtspectrum van de ster, een fenomeen dat bekend staat als Dopplerverschuiving. Toen ik samen met mijn collega's een mail ontving van Xavier Dumusque, een exoplaneetonderzoeker aan de universiteit Harvard die zich toelegt op Dopplermetingen, ging ik er dan ook vanuit dat hij wat meer details wou weten over onze Kepleranalyse omdat hij werkte aan een meer precieze bepaling van de massa van Kepler-10b.

Kepler-10b: zo groot als de aarde, en ook ongeveer dezelfde massa. Omwille van zijn samenstelling uit vaste materialen, en de hoge temperatuur, wordt Kepler-10b vaak als lava-wereld voorgesteld. 

Vandaag volgde dan de publicatie van zijn werk, samen met de persaankondiging op de bijeenkomst van de American Astronomical Society. Het spectaculairst was echter niet zozeer een preciezere massabepaling van Kepler-10b, maar het feit dat ook de massa van Kepler-10c nauwkeurig werd bepaald. 

Dat is erg verrassend, omdat van Kepler-10c, die rond de ster cirkelt in een periode van 42 dagen, algemeen werd aangenomen dat de massa erg klein zou zijn, waardoor de Dopplerverschuiving ondetecteerbaar zou zijn. Dat was immers tot op heden steevast het geval: eens een planeet groter is dan twee a drie keer de straal van onze aarde, betrof het steeds een planeet die niet uit zwaar gesteente maar uit gas bestaat, en bijgevolg een lage dichtheid en kleine massa heeft. 

Dat werd dus ook van Kepler-10c verwacht, maar tot ieders verbazing (ook die van Xavier Dumusque zelf) is de massa van deze planeet veel groter dan werd aangenomen - en dus ook meetbaar. Daardoor weten we nu dat Kepler-10c een dichtheid heeft ongeveer zeven gram per kubieke centimer, wat betekent dat de planeet grotendeels uit gesteente (en niet uit gas) bestaat. Met een straal die meer dan 2,3 keer zo groot is als die van de aarde, is het meteen de grootste rocky planet die we tot nu toe kennen. 

De Dopplermetingen werden uitgevoerd met de Telescopio Nazionale Galileo, op het Canarische eiland La Palma. Zo blijft ook, meer dan een jaar nadat de primaire missie van Kepler noodgewongen ten einde kwam, de verdere opvolging en analyse van de observaties nog voor verrassingen zorgen!

Een reactie geven