Het op één na dichtste sterrenstelsel op aarde is een van de meest intensief bestudeerde doelen in de Melkweg. Astronomen meten al tientallen jaren minuscule kenmerken van de ster, op zoek naar tekenen van ronddraaiende planeten, en door de jaren heen zijn aanwijzingen van een mogelijke wereld die aan de ster trok hier en daar opgepikt - maar niets werd ooit als overtuigend beschouwd.
Nu hebben astronomen echter eindelijk sterke tekenen onthuld dat Barnard's Star, slechts ongeveer zes lichtjaar verwijderd, rond een of meer planeten draait.
Een team van onderzoekers van het exoplanet-jagende instituut Red Dots publiceerde vandaag een studie in Nature die meer dan 20 jaar observaties van de ster verzamelt. Het werk trok een vrij ongebruikelijke planetaire kandidaat: een superkoude planeet, ongeveer 3, 2 keer de massa van de aarde, die om de 233 dagen rond zijn ster cirkelt.
Artist's impression van de planeet van Barnard's Star onder het oranje getinte licht van de ster. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) Barnard's Star, een kleine rode dwerg, is lange tijd een belangrijk doelwit geweest voor het jagen op een planeet. Van 1963 tot 1972 werd algemeen aangenomen dat de ster een of meer gasreuzen huisvestte, wat een aantal van de vroegste extrasolaire planeetclaims is die brede aandacht hebben gekregen. De 'planeten' bleken echter niets meer te zijn dan een instrumentatieprobleem met het Sproul Observatorium in Swarthmore, Pennsylvania, wiens directeur, Peter van de Kamp, voor het eerst het bestaan van planeten rond de ster beweerde.
Sinds die tijd hebben planeetjager na planeetjager echter hun telescopen op de ster gericht voor tekenen van iets ongewoons. Hoewel de Ster van Barnard het op een na dichtste sterrenstelsel is op aarde - na de drie sterren van het Alpha Centauri-systeem - bleven astronomen met lege handen staan totdat vele jaren aan gegevens konden worden verzameld.
Nu is deze koude Super-Earth de op een na dichtst bekende exoplaneet naar de aarde, na Proxima Centaur b.
"Uiteindelijk zijn we ervan overtuigd dat het object er is", zegt Ignasi Ribas van het Institut de Ciències de l'Espai en hoofdauteur van het artikel. "We moeten altijd een beetje voorzichtig blijven, en natuurlijk zouden meer gegevens de reden daarvoor moeten versterken, maar we waren er zeker van dat we bereid waren door te gaan met publicatie."
Een deel van de uitdaging van het vinden van de planeet komt van de methode die astronomen hebben gebruikt: radiale snelheid (RV). De radiale snelheidsmethode zoekt naar zwaartekrachtsveranderingen wanneer een planeet aan zijn ster duwt of trekt. De methode is geweldig voor het vinden van grote planeten en is effectief gebruikt voor het vinden van kleinere, nabijgelegen planeten zoals Proxima Centauri b, maar voor het vinden van kleine, verre planeten is het een heel andere zaak.
Barnard's ster b veroorzaakt, zoals de nieuwe planeet bekend staat, slechts 1, 2 meter per seconde in de radiale snelheid van zijn ster. De eerste planeten die met de RV-methode werden ontdekt, veroorzaakten 13 meter per seconde veranderingen, waardoor dit signaal minder dan 10 procent de kracht had van andere succesvolle vondsten.
Cullen Blake, een professor van de Universiteit van Pennsylvania die niet bij het onderzoek was betrokken, zegt dat sommige RV-gegevens mogelijk door modderactiviteiten van de ster zijn vertroebeld. Maar toch bouwt het enorme aantal observaties een redelijk dwingende zaak op dat de planeet er is.
"Het lijkt erop dat er behoorlijk wat lawaai is in termen van sterrenactiviteit die ze hebben gemodelleerd, " zegt hij. "[De kandidaat] is erg sterk in termen van de statistische significantie."
De eerste hints dat de planeet van Barnard daar was, kwamen in 2015, toen een van de co-auteurs van het papier, Mikko Tuomi, naar bestaande radiale snelheidsgegevens van de ster keek en iets veranderde volgens een periode van 233 dagen. Destijds was de zaak voor een planetair object (in plaats van een soort activiteit die inherent is aan de ster) niet sterk genoeg om op zichzelf te staan.
Ribas en zijn team gebruikten 800 verschillende observaties van Barnard's Star om de onzekerheid weg te nemen dat de planeet bestond. Na het aantal decennia aan gegevens te hebben gekraakt, lijkt het bestaan van Star b van Barnard redelijk zeker - hoewel het altijd voorzichtige Red Dots-team het nog steeds een kandidaat-planeet noemt.
Grafische weergave van de relatieve afstanden tot de dichtstbijzijnde sterren vanaf de zon. De ster van Barnard is het op één na dichtste sterrensysteem en de meest nabije ster. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) En de onderzoekers vonden ook iets anders in de gegevens: vaag bewijs van een andere planeet, die bekend zou staan als Barnard's Star c. Deze spookachtige tweede planeet in het systeem, indien aanwezig, heeft naar schatting een lange omlooptijd en ongeveer de massa van Neptunus. Het bestaan van de gasplaneet is nog moeilijker te bewijzen, omdat de periode van 10 jaar betekent dat het een zwakker signaal produceert. Het is echter vermeldenswaard dat de metingen de planeet in een vergelijkbare periode plaatsen als de beweringen van Van de Kamp in de jaren zestig.
Van de Kamp dacht dat hij minstens twee planeten zag, één in een 12-jarige en één in een 25-jarige baan, beide rond de massa van Jupiter. De aanwijzingen kwamen van astrometrische signalen, die zoeken naar afwijking in het pad van een ster van een middellijn als gevolg van de invloed van een ongeziene planeet.
Het nieuwe signaal lijkt daarentegen iets te duiden over 15 aardmassa's, waarvan het onwaarschijnlijk is dat het een merkbaar astrometrisch signaal van de aarde vertoont. (Het nieuwe artikel vermeldt dat Gaia, een in de ruimte gebaseerd astrometrieobservatorium, de planeet kan bevestigen.) Vanwege zijn grootte maakt de planeet een radiale snelheidsverandering van ongeveer 3 tot 4 meter per seconde - sterker dan de andere planetaire kandidaat, maar zonder het grote aantal observaties om een alternatieve verklaring uit te sluiten.
"We beweren niet dat dit op enigerlei wijze verband houdt met de astrometrische planeten van van de Kamp", zegt Ribas. Hij merkt echter op dat het een interessant toeval is. “We zien wel wat variatie. Het is bekend dat de sterren activiteitscycli vertonen, dus dit kan een cyclus van sterrenactiviteit zijn [in plaats van een planeet]. "
De periode van 233 dagen voor de sneeuwwereld, Barnard's Star b, ligt ver buiten de bewoonbare zone van zijn ster. Hoewel de planeet dichter bij haar ster staat dan de aarde bij de zon, is de Ster van Barnard in vergelijking klein en koud. De planeet draait in een gebied dat bekend staat als de 'sneeuwgrens', waar rotsachtige lichamen de neiging hebben plaats te maken voor ijziger lichamen. Het papier zegt ook dat er geen bewijs is van iets rondom de massa van de aarde binnen de bewoonbare zone van Barnard's Star - hoewel objecten met Mars-massa niet zijn uitgesloten.
Maar zelfs als deze wereld te koud is voor het leven zoals wij het kennen, markeert het een intrigerende ontdekking, omdat de planeet veel verder weg is van zijn gastheerster dan andere planeten die rond kleine rode dwergen cirkelen (zoals Proxima Centauri b, die een periode van slechts 11 dagen). Vanuit een exploratieperspectief is de planeet dichterbij dan welke bekende exoplaneet behalve één, en over 10.000 jaar zal Barnard's Star daadwerkelijk zijn ingetrokken om de ster te worden die het dichtst bij onze zon staat. Natuurkundigen denken al na over mogelijke manieren om een miniatuurprobe te lanceren naar Proxima Centauri b, op ongeveer 4, 2 lichtjaar afstand - en in de toekomst zou Barnard's Star b een ander doelwit kunnen worden.
"Mijn gevoel is dat deze dingen waarschijnlijk vrij gebruikelijk zijn, maar ze extraheren is gewoon veel moeilijker, " zegt Blake van verre, kleine, langlopende planeten zoals Barnard's Star b. "Mijn gok is dat er meer van dit soort campagnes zullen zijn."
