Levensvatbare planeet gevonden rond Proxima Centauri

Er is een aardeachtige planeet ontdekt die draait rond de ster die het dichtst bij ons zonnestelsel staat, Proxima Centauri. Dat heeft de ESO, de Europese Zuidelijk Sterrenwacht, aangekondigd, en de ESO zegt dat er in principe aardachtig leven mogelijk zou kunnen zijn op de planeet. Het is de dichtstbijzijnde exoplaneet en het kan ook de meest nabije woonplaats zijn voor aardachtig leven buiten ons zonnestelsel.
Een voorstelling van de planeet en Proxima Centauri.

De wetenschappelijke studie over de ontdekking is gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad "Nature" door een ploeg rond Guillem Anglada-Escudé van de Queen Mary Universiteit in Londen.

Op een afstand van iets meer dan vier lichtjaar van ons zonnestelsel bevindt zich een rode dwergster met de naam Proxima Centauri. Het is, de naam proxima (nabij) verraadt het al, de dichtstbijzijnde ster gezien vanaf de aarde als we de zon niet meetellen. Deze koele ster in het zuidelijke sterrenbeeld Centaur is te zwak om met het blote oog te zien en wordt overstraald door de heldere dubbelster Alpha Centauri AB.

De locatie van Proxima Centauri in de zuidelijke sterrenhemel, met op de voorgrond de ESO 3,6-metertelescoop in het La Silla Observatory in Chili. (Foto: Y.Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani)

Lichtrode stip

In de eerste helft van 2016 werd Proxima Centauri regelmatig bestudeerd met de HARPS-spectrograaf - een instrument om spectra, de kleurenbanden van licht vast te leggen - op de 3,6-meter telescoop van de ESO op La Silla in Chili. Tegelijkertijd werd de ster in de gaten gehouden door andere telescopen op de wereld. Dit gebeurde tijdens de zogenoemde Pale Red Dot-campagne.

Pale Red Dot (lichtrode stip) verwijst naar de naam die astronoom Carl Sagan gaf aan de aarde, pale blue dot (lichtblauwe stip). Omdat Proxima Centauri een rode dwergster is, zal de daaromheen draaiende planeet in een lichtrode gloed baden.

Een team onder leiding van Guillem Anglada-Escudé keek of de ster minuscule schommelingen vertoonde. Die schommelingen kunnen veroorzaakt worden door de zwaartekracht van een mogelijke planeet in een baan om de ster.

De voortgang van de campagne werd tussen half januari en april 2016 met het publiek gedeeld op de Pale Red Dot-website en via social media. Naast de resultaten verschenen ook talloze populairwetenschappelijke artikelen van de hand van specialisten van over de hele wereld.

Guillem Anglada-Escudé legt de achtergrond uit van de unieke zoektocht: “De eerste aanwijzingen voor een mogelijke planeet ontstonden al in 2013, maar toen waren de waarnemingen niet overtuigend genoeg. Sindsdien hebben we hard gewerkt om met de hulp van ESO en anderen meer waarnemingen te doen. We zijn ongeveer twee jaar geleden begonnen met het plannen van de Pale Red Dot-campagne.”

Een voorstelling van Proxima Centauri, gezien vanaf de planeet Proxima b. De heldere stip meer naar het midden naast Proxima Centauri is de dubbelster Alpha Centauri AB. (Illustratie: ESO/M.Kommesser)

Regelmatig patroon

De Pale Red Dot-gegevens, gecombineerd met eerdere waarnemingen van ESO- en andere sterrenwachten, onthulden een helder signaal: soms komt Proxima Centauri met ongeveer 5 kilometer per uur (menselijke wandelsnelheid) naar de aarde toe en soms verwijdert hij zich met dezelfde snelheid.

Dit regelmatige patroon van de veranderende radiële snelheid - de snelheid van een object langs de gezichtslijn - herhaalt zich elke 11,2 dagen.

Nauwkeurige analyse van de resulterende kleine Dopplerverschuivingen  - als een lichtbron zich verwijdert van de waarnemer, wordt de golflengte langer en de frequentie lager, wat een verschuiving naar rood geeft, als de lichtbron en de waarnemer zich naar elkaar toe bewegen gebeurt het omgekeerde en lijkt het licht blauwer - wijzen op de aanwezigheid van een planeet met ten minste 1,3 keer de massa van de aarde die rond Proxima Centauri draait op een afstand van ongeveer 7 miljoen kilometer. Dat is behoorlijk dicht: het is slechts 5 procent van de afstand tussen de aarde en de zon en minder dan de afstand van Mercurius tot de zon. Een jaar op de planeet duurt bovendien erg kort: 11,2 aardse dagen, de tijd die de planeet nodig heeft om volledig rond de ster te draaien.

Guillem Anglada-Escudé vertelt over de opwinding van de laatste paar maanden: "Ik checkte de consistentie van het signaal elke dag tijdens de 60 nachten van de Pale Red Dot-campagne. De eerste 10 waren veelbelovend, de eerste 20 kwamen overeen met de verwachtingen en op dag 30 waren de resultaten behoorlijk onherroepelijk en begonnen we ons artikel te schrijven!"

De grafiek die toont hoe Proxima Centauri van de aarde af en naar de aarde toe beweegt. (Illustratie: ESO/G.Anglada-Escudé)

Straling

De planeet Proxima b staat dichter bij zijn ster dan Mercurius, de planeet die in ons zonnestelsel het dichtst bij de zon staat, maar Proxima Centauri is als rode dwergster een stuk zwakker dan de zon. Daarom bevindt Proxima b zich toch in de zogenoemde Goudlokjeszone, de leefbare zone rond zijn ster.  De onderzoekers schatten dat de planeet een oppervlaktetemperatuur heeft waarbij het voorkomen van vloeibaar water mogelijk kan zijn. Dat is belangrijk voor het voorkomen van aardeachtig leven.

De omstandigheden op het oppervlak van Proxima b kunnen wel sterk beïnvloed zijn door de uv- en röntgenstraling die van de ster komen. Die straling is veel intenser dan wat de aarde van de zon te verwerken krijgt, voor röntgen bijvoorbeeld ligt dat 400 keer hoger.

Twee andere wetenschappelijke artikelen gaan in op de leefbaarheid van Proxima b en het mogelijke klimaat op de planeet.

Het lijkt erop dat vloeibaar water alleen op het oppervlak aanwezig kan zijn in de zonnigste gebieden. Als er sprake is van synchrone rotatie, zoals onze maan rond de aarde draait, met steeds dezelfde helft naar de ster gericht, dan kan er vloeibaar water zijn op die helft. Als er sprake is van 3:2 resonantierotatie, zoals onze aarde rond de zon draait, dan kan er vloeibaar water zijn in de tropische gordel.

De draaiing van planeet Proxima b, de sterke straling van de ster en de vormingsgeschiedenis van de planeet zorgen ervoor dat het klimaat nogal verschilt van dat op aarde en dat het onwaarschijnlijk is dat er op Proxima b seizoenen voorkomen, zeggen de onderzoekers.

Een vergelijking van de baan die planeet Proxima b rond Proxima Centauri aflegt met hetzelfde gebied in ons zonnestelsel. Proxima Centauri is kleiner en koeler dan de zon en de planeet draait dichter bij zijn ster dan Mercurius rond de zon. De planeet bevindt zich in de leefbare zone waar vloeibaar water kan bestaan op het planeetoppervlak (groene zone). (Illustratie: ESO/M. Kornmesser/G. Coleman)

Verder onderzoek

Deze ontdekking van de planeet is het begin van uitgebreidere waarnemingen met de huidige instrumenten en met de volgende generatie telescopen zoals de European Extremely Large Telescope (E-ELT), die de Europese ruimteorganisatie ESO in 2024 in gebruik wil nemen. Proxima b zal een belangrijk doelwit zijn in de jacht naar het bewijs van leven elders in het heelal.

Nu zijn er nog veel vraagtekens, onder meer over de röntgenstraling, temperatuursextremen en de samenstelling van de atmosfeer. Mogelijk komt er uitsluitsel met de supertelescoop E-ELT, zegt Hans Van Winckel van het Instituut voor Astronomie van de KU Leuven.

Het Alpha Centaur-systeem is overigens al onderwerp van het StarShot-project, de eerste poging van de mensheid om naar een ander zonnestelsel te reizen.

In theorie kunnen we nu reeds een sonde naar het hemellichaam sturen. Maar gezien de in 1977 gelanceerde Amerikaanse Voyager-sondes (nu pas) in de buitenste regio's van ons zonnestelsel zijn en Proxima b zich op vier lichtjaar van ons zonnestelsel bevindt, zou de reis met de huidige technologie zeer lang duren, beaamde Van Winckel. Bovendien moet ook het signaal van de sonde een lange weg afleggen voor het ons bereikt. Want hoewel Proxima Centauri naar astronomische normen vlakbij ligt, zijn 4 lichtjaren nog altijd bijna 40 biljoen kilometer.

Guillem Anglada-Escudé concludeert: "Er zijn al veel exoplaneten gevonden en er zullen er nog veel meer worden ontdekt, maar de zoektocht naar en de vondst van de dichtstbijzijnde aardachtige planeet is de grootste ervaring van mijn leven en voor velen van ons. Veel mensen zijn in meer of mindere mate betrokken geweest bij deze ontdekking. Het resultaat is een eerbetoon aan hen allemaal. De zoektocht naar leven op Proxima b is de volgende stap..."