Jagen op exoplaneten

This image taken by the NASA/ESA Hubble Space Telescope’s Wide Field Camera 3 (WFC3) shows a beautiful spiral galaxy called NGC 6744. At first glance, it resembles our Milky Way albeit larger, measuring more than 200 000 light-years across compared to 100 000 light-year diameter for our home galaxy. NGC 6744 is similar to our home galaxy in more ways than one. Like the Milky Way, NGC 6744 has a prominent central region packed with old yellow stars. Moving away from the galactic core, one can see parts of the dusty spiral arms painted in shades of pink and blue; while the blue sites are full of young star clusters, the pink ones are regions of active star formation, indicating that the galaxy is still very lively. In 2005, a supernova, named 2005at, was discovered within NGC 6744, adding to the argument of this galaxy’s liveliness (not visible in this image). SN 2005at is a type Ic supernova, formed when a massive star collapses in itself and loses its hydrogen envelope.© Foto ESA/NASA/Judy Schmidt

Pieter de Visser.

1 / 2

Astronomen ontdekken in hoog tempo planeten buiten ons zonnestelsel.

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa sluit 2018 af met 3869 ’bevestigde’ exoplaneten. Ze zijn in veel gevallen gevonden met de Kepler ruimtetelescoop, die van mei 2009 tot 20 oktober afgelopen jaar zo’n 150.000 sterren continu in de gaten hield.

Onder de nieuw gevonden planeten zijn gasreuzen zoals Jupiter en Saturnus bij ’ons’, maar ook kleine, steenachtige planeten zoals de aarde. In 2012 ontdekte Kepler de aarde-achtige planeet Kepler 35 (AB) b, die in het sterrenbeeld Zwaan om twee zonnen draait, de dubbelster Kepler A en B.

De gedachte dat op planeten als deze water is, lijkt niet ver gezocht, maar hoe komen we daarachter? Onderzoeker Pieter de Visser van de Nederlandse ruimteonderzoeksorganisatie SRON werkt aan een supergevoelige detector die het licht van zulke planeten kan analyseren, en zo achter de samenstelling van de atmosfeer kan komen. Onderzoeksorganisatie NWO gaf hem 425.000 euro subsidie om de detector te bouwen.

Als het om het heelal gaat, worden de getallen al gauw abstract. De auteur van het Bijbelboek Genesis wist er al niet veel raad mee, en schreef dat het zaad van Abraham zou zijn ’als de sterren des hemels, en als het zand, dat aan de oever van de zee is’. Volgens de laatste schattingen zijn er meer planeten dan sterren - in onze Melkweg alleen al meer dan honderd miljard.

In de tien jaar dat de ruimtetelescoop Kepler het sterrenbeeld Zwaan bestudeerde, spoorde hij bijna vierduizend exoplaneten op. Dat gaat als volgt: als een planeet voor zijn ster langsgaat (een ’transitie’, zoals astronomen dat noemen), veranderen zowel de intensiteit als de samenstelling van het licht van die ster. Het lichtsignaal verandert, en door dat ’uit te lezen’, kunnen onderzoekers veel vaststellen. Ten eerste natuurlijk of een ster wordt begeleid door één of meerdere exoplaneten, maar ook wat hun samenstelling is, hoe groot ze zijn, hoe dichtbij of hoe ver ze van hun ster af staan en hoe hun atmosfeer is samengesteld.

Leefbare zone

Kepler werd in oktober dit jaar uitgeschakeld omdat zijn brandstof op was. Een opvolger, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) draait sinds april ’haar’ baantjes om de aarde. TESS gaat de komende tien jaar 500.000 sterren bestuderen. De verwachtingen zijn groot, maar tot nu toe heeft ze één bevestigde exoplaneet gevonden, op 60 lichtjaar van de aarde in de Magellaanse Wolk. TESS is zo ontworpen dat ze ook steenachtige, ’aardse’ planeten kan zien in de ’leefbare zone’, waar de temperatuur gematigd genoeg is voor vloeibaar water. Of zulke planeten daarmee ook geschikt zijn voor leven, is een volgende vraag. Water alleen is niet genoeg; de atmosfeer om zulke planeten moet dicht genoeg zijn om ervoor te zorgen dat het water zuurstof en methaan opneemt, zodat er chemische reacties mogelijk zijn.

Veel onderzoek naar exoplaneten gebeurt in de Verenigde Staten, maar ook Nederlandse astronomen en andere onderzoekers zijn heel actief. Ruimteonderzoeksorganisatie SRON doet vooral onderzoek naar de atmosfeer van exoplaneten. De kleur van het licht dat de aarde bereikt, verraadt veel over de samenstelling ervan. Onderzoeker Pieter de Visser zegt: ,,Het kleurenspectrum van de atmosfeer is een vingerafdruk van de samenstelling ervan.’’ Het grote probleem is dat maar een minieme hoeveelheid licht van exoplaneten de aarde haalt. De Visser werkt aan een uiterst gevoelige supergeleidende detector die in staat moet zijn om zo’n kleurenspectrum op te bouwen uit die kleine hoeveelheid informatie: slechts één lichtdeeltje per seconde vanaf de te bestuderen exoplaneten bereikt de aarde.

Projectruimte-subsidie

De Visser heeft van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) een zogeheten projectruimte-subsidie ontvangen. Het gaat om 425.000 euro waarmee hij een koelkast kan kopen, waar de temperatuur niet boven de 0,1 Kelvin uitkomt. De detector maakt namelijk gebruik van kwantumeffecten, die optreden bij temperaturen die vlak boven het absolute nulpunt liggen. ,,Elektronen ’kleven’ dan in paren aan elkaar vast’’, legt De Visser uit. ,,Onder zulke omstandigheden is het materiaal gevoelig voor kleine verstoringen. Eén lichtdeeltje breekt het paar en dan krijgt het een beetje weerstand. Dat signaal kun je uitlezen.’’ Onder supergeleidende omstandigheden geven zulke detectoren geen ruis, wat belangrijk is voor wie zulke minieme brokjes informatie wil ’vangen’.

Vanaf de aarde is het niet mogelijk om ’aardachtige’ exoplaneten te karakteriseren. Onder aardse omstandigheden zal de detector van De Visser niet goed werken. De aardatmosfeer verstrooit het licht uit de ruimte teveel. Om echt optimaal resultaat te bereiken, moet de detector worden ingebouwd in een ruimtetelescoop. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA wil in 2026 planetenjager PLATO lanceren, maar die is bedoeld om exoplaneten te vinden, en niet om de samenstelling van hun atmosfeer te analyseren. De eerste kans dat een detector van De Visser de ruimte in gaat, is met de HabEx-telescoop van NASA, die nu nog op de tekentafel ligt en die op zijn vroegst in 2030 wordt gelanceerd.

Wilfred Simons Een overzicht van alle tot nu toe gevonden exoplaneten staat op: exoplanetarchive.ipac.caltech.edu

Meer nieuws uit Achtergrond

Ombudsteam

Ons Ombudsteam springt in de bres voor de consument.