Exoplaneten, oftewel planeten die om sterren buiten ons zonnestelsel draaien, spelen een bijzondere rol in de zoektocht naar buitenaards leven. Tot nu toe zijn er iets meer dan 4.000 exoplaneten bekend, maar geen enkele is bewoonbaar voor menselijk of mensachtig leven. Ongeveer 96 procent van deze exoplaneten zijn beduidend groter dan de aarde en zijn meer van de grootte van gasreuzen zoals Neptunus of Jupiter. Toch nemen wetenschappers aan dat dit percentage niet de werkelijke omstandigheden in de ruimte weergeeft, omdat grote planeten veel gemakkelijker te detecteren zijn dan kleine planeten.
Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek (MPS), de Georg August Universiteit van Göttingen en het Sonneberg Observatorium hebben nu 18 exoplaneten ontdekt die ongeveer even groot zijn als de aarde – in kosmische proporties, vrij klein. Daarom zijn ze ook over het hoofd gezien bij eerdere zoekopdrachten naar andere exoplaneten.
Aarde-achtige planeet met leefbare omstandigheden
Eén van deze exoplaneten die onlangs zijn ontdekt is zelfs één van de kleinste exoplaneten die ooit is ontdekt, slechts 69 procent van de grootte van de Aarde. De grootste heeft een straal die nauwelijks meer dan het dubbele van de straal van de Aarde is. En naast het feit dat alle 18 planeten niet eerder konden worden gedetecteerd met gegevens van de Kepler-ruimtetelescoop, hebben ze nog een heel bijzondere eigenschap: één planeet kan zelfs levensvriendelijke omstandigheden bieden.
De laatste ontdekking is gedaan dankzij een nieuwe, gevoeligere methode die de onderzoekers zelf hebben ontwikkeld en waarmee ze een deel van de gegevens van de Kepler-ruimtetelescoop van de NASA opnieuw hebben geanalyseerd. Na de voorlopige afronding van de evaluaties schat de groep dat op deze manier meer dan 100 extra exoplaneten gevonden kunnen worden in de volledige dataset van de Kepler-missie.
Voorheen gebruikten astronomen meestal de zogenaamde transitmethode in hun zoektocht naar verre werelden. Ze zoeken naar sterren met periodiek terugkerende helderheidsdalingen, want elke keer dat een exoplaneet voor zijn ster ronddraait, bedekt hij een klein deel van het stellaire licht. Als gevolg daarvan lijkt de ster een paar uur lang minder helder.
Traditionele transitmethode te onnauwkeurig
“Standaard zoekalgoritmen proberen plotselinge helderheidsdalingen te identificeren”, verklaart Dr. Rene Heller van MPS, eerste auteur van de huidige publicaties. “In werkelijkheid lijkt een stellaire schijf aan de rand echter iets donkerder dan in het midden. Wanneer een planeet zich voor een ster beweegt, blokkeert hij daarom in eerste instantie minder sterlicht dan halverwege de overgang. Het maximale dimmen van de ster gebeurt in het centrum van de overgang net voordat de ster weer geleidelijk aan helderder wordt.”
Grote planeten produceren diepe en heldere helderheidsvariaties van hun gaststerren, waardoor dit subtiele verschil slechts een ondergeschikte rol speelt bij hun ontdekking. Bij kleine planeten is de situatie heel anders. Hun effect op de stellaire helderheid is zo klein dat het nauwelijks waarneembaar is en moeilijk te onderscheiden is van de natuurlijke helderheidsschommelingen van de ster en van de ruis die noodzakelijkerwijs bij elke vorm van waarneming hoort.
Het Duitse team heeft nu echter kunnen aantonen dat de gevoeligheid van de transitmethode aanzienlijk kan worden verbeterd als in het zoekalgoritme wordt uitgegaan van een realistischere lichtkromme. De onderzoekers gebruikten gegevens van de Kepler-ruimtetelescoop van de NASA om hun nieuwe algoritme te testen. In de eerste missiefase, van 2009 tot 2013, registreerde de telescoop de lichtkrommen van meer dan 100.000 sterren en ontdekte zo meer dan 2.300 planeten. Ondanks een technisch mankement had de telescoop tegen het einde van de missie in 2018 meer dan 100.000 extra sterren gemonitord.
Om het potentieel van hun nieuwe algoritme te testen, besloten de onderzoekers om alle 517 sterren van K2, waarvan al bekend was dat er minstens één transiterende planeet op de planeet te vinden was, opnieuw te analyseren. Ze vonden nog 18 andere planeten die tot nu toe over het hoofd werden gezien.
Belangrijke stap in de zoektocht naar aardachtige planeten
“In de meeste van de bestudeerde planeten zijn de nieuwe planeten de kleinste”, beschrijft co-auteur Kai Rodenbeck van de universiteit van Göttingen en MPS de resultaten. Daarnaast zouden de meeste nieuwe planeten dichter om hun ster draaien dan voorheen bekende planeten. Door deze nauwere baan zouden de oppervlaktetemperaturen van bijna al deze nieuwe planeten ruim boven de 100 graden Celsius liggen; sommige bereiken zelfs temperaturen tot 1000 graden Celsius.
Maar er is één uitzondering: één planeet draait om zijn rode dwergster binnen de zogenaamde bewoonbare zone en kan dus omstandigheden bieden waaronder vloeibaar water aan het oppervlak kan ontstaan – een van de basisvoorwaarden voor het leven zoals we dat op Aarde kennen. “Ons nieuwe algoritme helpt om een realistischer beeld te schetsen van de exoplanetenpopulatie in de ruimte”, vat Michael Hippke van Sonneberg Observatory samen. “Deze methode is een belangrijke stap in de goede richting, vooral in de zoektocht naar aardachtige planeten.”
Hoewel ze met deze nieuwe methode de 18 voorheen onbekende planeten hebben ontdekt, willen de onderzoekers niet uitsluiten dat ze nog steeds andere planeten over het hoofd hebben gezien. Zo zouden er bijvoorbeeld andere kleine planeten kunnen zijn die op grote afstand in een baan om hun sterren draaien en dus langer nodig hebben om een volledige baan te voltooien dan planeten die dichter bij hun sterren in een baan om de aarde draaien. Daardoor zouden de overgangen van planeten in brede banen minder vaak voorkomen en zouden hun toch al zwakke signalen nog moeilijker te detecteren zijn.
De nieuwe methode die René Heller en zijn team hebben ontwikkeld zou al snel kunnen leiden tot meer fascinerende ontdekkingen, want de Keplermissie biedt nog steeds datasets van honderdduizenden andere sterren. De wetenschappers gaan er dan ook van uit dat ze meer dan 100 andere werelden ter grootte van de aarde zullen kunnen vinden. “Deze nieuwe methode is ook bijzonder nuttig als voorbereiding op de komende PLATO-missie die in 2026 door de Europese Ruimtevaartorganisatie zal worden uitgevoerd”, zegt Prof. Dr. Laurent Gizon, Managing Director van de MPS. PLATO zal in 2026 de ruimte in gaan en nog veel meer multiplanet-systemen rond zon-achtige sterren introduceren, waarvan sommige in staat zullen zijn om leven te herbergen.
De resultaten van de studies zijn gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.