Onderzoek onder leiding van astronomen van de Universiteit van Genève (Zwitserland) toont aan dat de migratie van hete Jupiters niet altijd tot gevolg heeft dat hun planetaire buren systematisch worden weggeslingerd. Deze ontdekking gooit de bestaande inzichten over de architectuur van planetenstelsels overhoop (Astronomy & Astrophysics). Hete Jupiters zijn planeten met massa’s die vergelijkbaar zijn met die van de planeet Jupiter, maar die op veel kleinere afstand om hun ster draaien. Het is ondenkbaar dat deze reuzenplaneten zijn gevormd op de plek waar ze nu worden waargenomen, omdat er niet niet genoeg gas en stof in de omgeving van hun ster aanwezig is. Ze moeten daarom ver van hun ster zijn ontstaan en er vervolgens dichter naartoe zijn gemigreerd. Tot nu toe leek het erop dat er in de omgeving van hete Jupiters geen andere planeten te vinden zijn. Dat was theoretisch ook heel plausibel: de migratie van reuzenplaneten naar hun ster leidt tot verbanning van planeten in meer naar binnen gelegen banen. Maar recente waarnemingen trekken dit scenario in twijfel. Gebleken is namelijk dat het in 2006 ontdekte planetenstelsel WASP-132 naast een hete Jupiter (WASP-132b) ook een superaarde (die nog dichter bij de ster staat dan de hete Jupiter) en een veel verder naar buiten gelegen reuzenplaneet bevat. Hete Jupiters hebben dus blijkbaar niet altijd het rijk alleen. Dit betekent dat het standaardscenario van de verstorende migratie van hete Jupiters naar hun ster niet opgaat, omdat in dat geval de banen van de beide andere planeten gedestabiliseerd zouden zijn. In plaats daarvan suggereert hun aanwezigheid een stabieler migratietraject binnen de protoplanetaire schijf rond de ster voor de hete Jupiter, waarbij zijn buren behouden bleven. Dankzij nauwkeurige metingen van de straal en massa van de planeten van het WASP-132-stelsel zijn de astronomen ook meer te weten gekomen over hun samenstelling. De hete Jupiter WASP-132b is verrijkt met ongeveer zeventien aardmassa’s aan zware elementen, wat in overeenstemming is met de bestaande modellen voor de vorming van grote gasplaneten. De superaarde bestaat voor een groot deel uit metalen en silicaten, net als onze eigen planeet. (EE) (Image credit: Thibaut Roger – Université de Genève)
Hubble voltooit panorama van het nabije Andromedastelsel
In de jaren na zijn lancering, hebben astronomen meer dan een biljoen sterrenstelsels kunnen fotograferen met de Hubble-ruimtetelescoop. Maar één tamelijk nabij sterrenstelsel ontbrak nog: het prachtige Andromedastelsel, dat op heldere herfstnachten met het blote oog te zien is als een vaag sigaarvormig object met ongeveer de schijnbare diameter van onze maan. Het Andromedastelsel past bij lange na niet in zijn geheel in het beeldveld van Hubble. In plaats daarvan zijn in de loop der jaren ruim zeshonderd afzonderlijke snapshots van het nabije sterrenstelsel gemaakt. Het resultaat is een kleurrijk mozaïek waarop het licht van tweehonderd miljoen afzonderlijke sterren is vastgelegd. Dat is veel, maar in feite is het slechts een fractie van Andromeda’s totale sterrenpopulatie, die naar schatting uit een biljoen sterren bestaat. Verreweg de meeste daarvan vallen onder de detectie-limiet van de ruimtetelescoop: zelfs Hubble kan in het Andromedastelsel alleen sterren vastleggen die helderder zijn dan onze zon. Het maken van het panorama van Andromeda begon ongeveer tien jaar geleden. Met de Advanced Camera for Surveys en de Wide Field Camera 3 aan boord van de Hubble-telescoop werden opnamen gemaakt op nabij-ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode golflengten, om de noordelijke helft van het Andromedastelsel te fotograferen. Dit programma werd opgevolgd door de Panchromatic Hubble Andromeda Southern Treasury (PHAST) – recent gepubliceerd in The Astrophysical Journal – waarbij ongeveer honderd miljoen sterren in het zuidelijke deel van Andromeda zijn vastgelegd. Tezamen bestrijken de twee programma’s de volledig schijf van Andromeda, die we vanaf de aarde min of meer van opzij zien. Het uiteindelijke mozaïek bestaat uit minstens 2,5 miljard pixels. Hoewel ons Melkwegstelsel en het Andromedastelsel vele miljarden jaren geleden vermoedelijk in dezelfde kosmologische omgeving zijn ontstaan, blijkt uit waarnemingen dat ze een heel andere geschiedenis achter de rug hebben. Andromeda bevat veel jonge sterren en vertoont ook opvallende sterrenstromen. Dit impliceert dat het stelsel in het relatief recente verleden meer heeft meegemaakt dan ons Melkwegstelsel. ‘Andromeda is een wrak. Het lijkt erop dat het een of andere gebeurtenis heeft meegemaakt waardoor het veel sterren heeft gevormd en vervolgens gewoon is stilgevallen,’ aldus Daniel Weisz van de Universiteit van Californië te Berkeley. ‘Dat is waarschijnlijk het gevolg van een botsing met een sterrenstelsel in zijn omgeving.’ De mogelijke boosdoener is het compacte satellietstelsel Messier 32, dat op de ontmantelde kern van een voormalig spiraalstelsel lijkt – mogelijk doordat het een aanvaring heeft gehad met het Andromedastelsel. Computersimulaties suggereren dat bij zo’n ontmoeting de complete voorraad interstellair gas wordt verbruikt, en de stervorming stilvalt. (EE) (Image credit: NASA, ESA, Benjamin F. Williams (UWashington), Zhuo Chen (UWashington), L. Clifton Johnson (Northwestern)
Laatste sterrenlicht voor ruimtetelescoop Gaia
ESA’s ruimtetelescoop Gaia, die de Melkweg in kaart brengt, voltooit vandaag zijn actieve fase van het scannen van de hemel. In het afgelopen decennium heeft Gaia meer dan drie biljoen waarnemingen gedaan van ongeveer twee miljard sterren en andere kosmische objecten. De missie heeft een revolutie teweeggebracht in de kennis van ons eigen sterrenstelsel en onze kosmische omgeving. Gaia werd gelanceerd op 19 december 2013 en de brandstoftank is nu bijna leeg. Dit is echter nog lang niet het einde van de missie. Voor de komende weken staan nog technologische tests op het programma, voordat Gaia naar haar baan voor ‘gepensioneerden’ wordt verplaatst. En rond 2026 en het einde van dit decennium staan twee grote data-releases gepland. Gaia heeft de posities, afstanden, bewegingen, helderheid, samenstelling en tal van andere kenmerken van sterren in kaart gebracht door deze vele jaren met haar drie instrumenten te monitoren. Dit heeft Gaia in staat gesteld om haar primaire doel nu al te bereiken: het bouwen van de grootste, meest precieze kaart van de Melkweg, die ons eigen sterrenstelsel laat zien zoals nooit tevoren. Gaia heeft ook het best gereconstrueerde beeld gecreëerd van ons sterrenstelsel van buitenaf. De vandaag gepubliceerde nieuwe artistieke impressie van de Melkweg is gebaseerd op Gaia-resultaten uit een groot aantal gepubliceerde wetenschappelijke artikelen van het afgelopen decennium. ‘Het bevat grote veranderingen ten opzichte van eerdere modellen, omdat Gaia ons beeld van de Melkweg heeft veranderd. Zelfs basisideeën zijn herzien, zoals de rotatie van de centrale balk van ons sterrenstelsel, de kromming van de schijf, en de gedetailleerde structuur van spiraalarmen en interstellair stof in de buurt van de zon’, zegt Stefan Payne-Wardenaar, wetenschappelijk visualisatie-expert aan het Max-Planck-Institut für Astronomie in Duitsland.’ Gaia’s laatste gerichte waarneming – van de dubbelster 61 Cygni – vond plaats op 10 januari. Deze iconische ster trok de aandacht van 19e-eeuwse astronomen en dit leverde enkele van de eerste correcte beweging- en parallaxmetingen op, op basis van eenzelfde techniek die Gaia voor zo’n twee miljard sterren gebruikte. (EE) (Image credit: ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar)
NASA onderzoekt twee landingsopties voor het ophalen van bodemmonsters van Mars
NASA stelt een goedkopere en snellere manier voor om stenen en bodemmonsters van Mars naar de aarde te brengen. Een eerder plan strandde op de enorme kosten van de onderneming, die waren opgelopen tot 11 miljard dollar. Het herziene plan is dinsdag 9 januari gepresenteerd door de binnenkort aftredende NASA-chef Bill Nelson. NASA heeft vorig jaar de industrie en anderen gevraagd om met ideeën te komen die ervoor kunnen zorgen dat dertig titanium buisjes met bodemmonsters die de Marsverkenner Perseverance de afgelopen tijd op Mars heeft verzameld vóór 2040 op aarde worden afgeleverd – ruim voordat astronauten op de rode planeet landen. Het Amerikaanse ruimteagentschap heeft nu bekendgemaakt dat het twee opties overweegt die 6 à 7 miljard dollar zouden kosten, waaronder een innovatief project van commerciële partners. Het aantal ruimtevaartuigen en lanceringen dat voor de missie nodig is blijft gelijk, maar de uitvoering ervan zou worden gestroomlijnd. De meer traditionele optie zou gebruik maken van dezelfde landingsmethode die bij NASA’s Marsverkenners Perseverance en Curiosity is gebruikt: een raket-gestuurd platform dat een sky crane wordt genoemd. De andere optie bestaat uit een landingssysteem dat door privébedrijven is ontwikkeld; de details ervan ontbreken nog. De definitieve beslissing wordt pas volgend jaar genomen. Eerst moeten de technische details van de twee opties nog worden uitgewerkt. In één opzicht zijn beide eenvoudiger dan de eerdere plannen: het idee is nu om de titaniumbuisjes nog vóór vertrek op Mars te reinigen in plaats van in de ruimtesonde die ze naar de aarde brengt. Ook wordt het lanceerplatform kleiner en goedkoper gemaakt door gebruik te maken van een nucleaire batterij in plaats van zonnepanelen. Ook het Europese ruimteagentschap ESA is mogelijk bij de missie betrokken: het zou de grote ruimtesonde moeten leveren die de container met bodemmonsters, die in een omloopbaan om Mars wordt gebracht, oppikt en naar de aarde overbrengt. (EE) (Image credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Dwergplaneet Pluto en zijn maan Charon zijn mogelijk twee stukken van een ‘sneeuwpop’
Volgens nieuw onderzoek onder leiding van planeetwetenschapper Adeene Denton van de Universiteit van Arizona (VS) kwamen miljarden jaren geleden twee ijswerelden met elkaar in botsing in het koude buitengebied van ons zonnestelsel. Ze vernietigden elkaar niet, maar vormden een tijdlang een kosmische sneeuwpop, die later in twee stukken uiteenviel: de huidige dwergplaneet Pluto en diens maan Charon (Nature Geoscience). Decennialang zijn wetenschappers ervan uitgegaan dat Pluto’s opvallend grote maan Charon is ontstaan door een proces vergelijkbaar met de vorming van aarde en maan: een grote botsing waarbij twee min of meer vloeibare hemellichamen ontstonden. Voor het grotere aarde-maansysteem werkt dit model goed, omdat bij de botsing tussen de oeraarde en een planeet ter grootte van Mars heel veel hitte vrijkwam. Maar toen dit scenario werd toegepast op het kleinere Pluto-Charonstelsel, werd een belangrijke factor over het hoofd gezien: het ijzige karakter van deze beide hemellichamen. ‘Pluto en Charon zijn anders: ze zijn kleiner, kouder en bestaan uit een mengsel van gesteente en ijs. En toen we de sterkte van deze materialen in rekening brachten, ontdekten we iets totaal onverwachts,’ aldus Denton. Met behulp van geavanceerde botsingssimulaties ontdekten Denton en haar collega’s dat Pluto en de voorloper van Charon veel minder kneedbaar waren dan gedacht, en dat ze tijdelijk aan elkaar bleven plakken. Hierdoor vormde zich een grote ronddraaiende ‘sneeuwpop’. Ook wijst het onderzoek erop dat Pluto en Charon grotendeels intact zijn gebleven tijdens hun botsing, zodat hun oorspronkelijke samenstelling voor een belangrijk deel bewaard bleef. Dit is in strijd met eerdere modellen, die ervan uitgaan dat het materiaal van beide hemellichamen bij de botsing vermengd raakte. Bovendien moet bij de botsing en het later weer van elkaar loskomen van Pluto en Charon veel hitte zijn ontstaan. Op die manier kon zich een oceaan onder het oppervlak van Pluto vormen, zonder dat daar veel radioactief materiaal voor nodig was. Het onderzoeksteam wil als volgende onderzoeken hoe getijdenkrachten de vroege ontwikkeling van Pluto en Charon hebben beïnvloed toen zij veel dichter bij elkaar waren, en ook of vergelijkbare processen de vorming van andere ‘dubbelplaneten’ kunnen verklaren. (EE) (Image credit: NASA/JHUAPL/SWRI)
Jupiters kleurrijke wolken bestaan niet uit ammoniakijs
Een samenwerkingsverband van amateur- en beroepsastronomen heeft een misverstand omtrent de samenstelling van de wolken van de planeet Jupiter uit de wereld geholpen. Ze bestaan niet, zoals gedacht, uit ammoniakijs, maar uit ammoniumwaterstofsulfide vermengd met smog (Journal of Geophysical Research – Planets). De ontdekking werd gedaan door astrofysicus Steven Hill van de Universiteit van Colorado (VS), die in zijn vrije tijd amateurastronoom is. Kort geleden ontdekte Hill dat de hoeveelheid ammoniak en de luchtdruk bovenin het wolkendek van Jupiter in kaart kunnen worden gebracht met behulp van een bescheiden telescoop en enkele speciale kleurfilters. Opmerkelijk genoeg toonden de eerste resultaten niet alleen aan dat de hoeveelheid ammoniak in de Jupiteratmosfeer in kaart kan worden gebracht door amateur-astronomen, maar ook dat de wolken te diep in Jupiters warme atmosfeer zitten om uit ammoniakijs te kunnen bestaan. Voor het nieuwe onderzoek heeft astronoom Patrick Irwin van de Universiteit van Oxford (VK) de door Hill ontwikkelde werkwijze toegepast op waarnemingen van Jupiter die zijn gedaan met de Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-spectrometer van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili. Met MUSE worden onder meer de ammoniak en wolkenhoogten in de Jupiteratmosfeer in kaart gebracht. Daarbij ontdekten Irwin en zijn team dat de meest opvallende wolken van Jupiter – wolken die waarneembaar zijn met een eenvoudige telescoop – veel dieper moeten zitten dat tot nu toe werd gedacht. Maar waarom condenseert die ammoniak dan niet tot dikke wolken? Volgens Irwin en zijn team komt dit doordat zich in de atmosfeer van Jupiter onder invloed van de zon veel fotochemische reacties afspelen. De onderzoekers vermoeden dat in gebieden waar vochtige, ammoniakrijke lucht opstijgt de ammoniak sneller wordt afgebroken en/of met fotochemische reactieproducten wordt vermengd dan dat zich ammoniakijs kan vormen. Als gevolg daarvan bestaat het hoofdwolkendek waarschijnlijk uit ammoniumwaterstofsulfide, vermengd met smogachtige verbindingen die verantwoordelijk zijn voor de rood- en bruintenten die op foto’s van Jupiter te zien zijn. Alleen op plekken waar zeer sterke convectie optreedt kunnen wolken van vers ammoniakijs – herkenbaar aan hun witte kleur – ontstaan. In de atmosfeer van Saturnus blijkt ongeveer hetzelfde te gebeuren. (EE)
Microlens geeft eindelijk zijn geheim prijs: een Super-Jupiter
Een lang geleden ontdekte microlens heeft eindelijk zijn planeet prijsgegeven. Een microlens is het oplichten van een ster doordat een andere ster er voorlangs schuift. Het gravitatieveld van de voorgrondster versterkt dan het licht van de achtergrondster gedurende enkele dagen. En als de lens-ster een begeleider heeft, verschijnt er nog een tweede helderheidspiekje. Door grote aantallen sterren in de gaten te houden, kunnen zo exoplaneten worden ontdekt. In 2008 werd zo’n ‘opvlamming’ waargenomen in het sterrenbeeld Sagittarius (Boogschutter). Hoewel de lichtpiek afweek van de toen zeven andere bekende, werd nog niet onderkend dat er ook een planeet in het spel zou kunnen zijn. Dat kwartje viel pas later en bracht in 2013 de Hubble Space Telescope in actie. De hoop was toen dat men beide sterren zou kunnen zien, omdat de lens-ster in die tussentijd was doorgeschoven. Helaas was alleen de achtergrondster te zien. De lens-ster was blijkbaar te zwak. Daarom werd in 2018 de Keck-telescoop op Hawaii naar die hemelpositie gericht. De opnamen vertoonden nu twee lichtpunten. In combinatie met de Hubble-opnamen kon toen ook worden vastgesteld welke de lensster was. Dat kon doordat de Hubble- en Keck-opnamen respectievelijk vijf en negen jaar na de lichtpiek waren gemaakt en de schijnbare afstand tussen lens en bron in die tijd verdubbeld moest zijn. Met al deze gegevens – en een model van een microlens – konden David Bennett en collega’s de massa van de lens-ster en zijn (onzichtbare) planeet berekenen. De lens bleek een rode dwerg met een massa van 0,4 maal die van de zon en de planeet een reus met een massa van 2,5 maal die van Jupiter. Die zou op een afstand van 2,7 astronomische eenheden (halverwege Mars en Jupiter) om de dwerg draaien. De planeet is daarmee de derde Super-Jupiter die bij een rode dwerg is gevonden en dat roept weer de vraag op hoe zulke zware planeten zo dicht bij zo’n lichte ster zouden kunnen ontstaan. (GB/ Astronomical Journal 168: 15) (Image credit: (David Bennett e.a.: bewerking: Mat Drummen)
Centaur Chiron werd weer actief, maar waardoor?
Het is nog steeds niet duidelijk wat de oorzaak was van de plotselinge opleving van Chiron in 2021. Chiron is een centaur die tussen de banen van Saturnus en Uranus om de zon draait. Van deze ijswerelden die banen beschrijven tussen de vier reuzenplaneten is bekend dat ze soms komeetachtige activiteit vertonen, maar die hangt dan niet zoals bij ‘gewone’ kometen samen met hun afstand tot de zon. De oorzaak van die activiteit is daardoor nog niet duidelijk en voor meerdere verklaringen vatbaar. Ook Chiron heeft in het verleden komeetachtig gedrag vertoond, maar de opleving in 2021 springt daar wel uit. Tussen februari en juni nam de helderheid van Chiron snel met één magnitude toe, om daarna langzaam af te nemen. Maar in 2023 was deze ijswereld nog steeds helderder dan normaal. Sommige astronomen suggereerden dat de helderheidstoename misschien werd veroorzaakt doordat we door de baanbeweging van Chiron onder een andere hoek tegen het object gingen aankijken en helderder gebieden in het zicht kwamen. Maar na uitvoerige analyses van het gedrag van Chiron zowel voor als na zijn opleving verwerpen Matthew Dobson en collega’s deze mogelijkheid. Chiron draait in 51 jaar rond de zon en verplaatst zich te langzaam om in een korte tijd zo’n groot effect te kunnen veroorzaken. Volgens deze astronomen is de meest waarschijnlijke oorzaak toch een komeetachtige uitbarsting. Er zijn weliswaar geen tekenen van een coma rond Chiron waargenomen, maar die coma zou te zwak of te klein kunnen zijn geweest. Toch houden ook deze astronomen nog een slag om de arm. In 2011 werd tijdens een sterbedekking een ring rond Chiron ontdekt. Tijdens latere bedekkingen bleek die ring vrij fragmentarisch te zijn en op korte termijn veranderingen te vertonen. Die zouden kunnen samenhangen met satellietjes tussen die ringen die af en toe tegen elkaar botsen en wolken van kleinere fragmenten veroorzaken. Die zouden niet alleen de structuur maar ook de helderheid van de ring kunnen veranderen en misschien ook (deels) de opleving van Chiron kunnen verklaren. (GB/Planetary Science Journal 5: 165) (Image credit: M. Dobson e.a)
Webb verschalkt oude en koude reuzen-exoplaneet
Astronomen hebben met de James Webb Space Telescope een heel oude exoplaneet gefotografeerd. Hij is ongeveer zes maal zo zwaar als Jupiter en draait rond Epsilon Indi A, de helderste component van een dubbelster in het zuidelijke sterrenbeeld Indus (Indiaan). Epsilon Indi A staat op 12 lichtjaar van de zon en is bijna even oud als de zon en dat maakt deze reus de oudste die fotografisch is waargenomen. Alle eerdere gefotografeerde exoplaneten zijn jonger dan 500 miljoen jaar. Elisabeth Matthews en collega’s observeerden Epsilon Indi A in juli 2023 in het midden-infrarood en gebruikten hierbij een techniek om het licht van de ster te onderdrukken zodat die zijn omgeving niet kon overstralen. Dat de ster een planeet zou moeten hebben was overigens al in 2019 afgeleid uit een variatie in de snelheid van de ster in de waarnemingsrichting. Die wees op de aantrekking van een begeleidende reuzenplaneet. Deze planeet is echter niet gevonden op de plaats waar hij zich volgens de toenmalige berekeningen zou moeten bevinden. Hij bleek bovendien niet drie maal zo zwaar als Jupiter maar zes maal en niet op 9 astronomische eenheden rond de ster te draaien maar op zo’n 28 AE – vergelijkbaar met de afstand van Neptunus tot de zon. Hoewel de oorzaak van deze discrepantie vooralsnog niet duidelijk is, sluiten de astronomen uit dat er nog een tweede grote planeet in het spel is. De temperatuur aan het oppervlak van de reuzenplaneet ligt rond de nul graden Celsius, slechts zo’n honderd graden boven de temperatuur van de gasreuzen in ons zonnestelsel. Die temperatuur is in overeenstemming met wat theoretische modellen voorspellen voor de afkoeling van een reuzenplaneet van die leeftijd. Deze planeet is daarmee ook de koudste exoplaneet die fotografisch is waargenomen. Zijn temperatuur is vergelijkbaar met die van de koudste bruine dwerg, een gasbol die zich in het overgangsgebied tussen sterren en reuzenplaneten bevindt. Dat maakt deze gasreus een interessant object voor het onderzoek naar dit soort ‘gasbollen in transitie’. (GB/Nature 633, blz. 789) (Image credit: (NASA/CSA/STScI, E. Matthews/MPIA; bewerking: Mat Drummen)