Sterrenkundigen van de Universiteit Leiden hebben voor het eerst de massa van een net gevormde exoplaneet bepaald. Ze gebruikten hiervoor waarnemingen van Hipparcos, een satelliet die al meer dan 25 jaar buiten werking is, in combinatie met diens hypermoderne opvolger Gaia. De metingen laten zien dat sommige theorieën over de wijze waarop planeten ontstaan nu de deur uit kunnen. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Nature Astronomy.
De planeet Beta Pictoris b is een van de best bestudeerde exoplaneten. Hij staat op een afstand van 63 lichtjaar en is maar ongeveer 21 miljoen jaar oud – 200 maal jonger dan de aarde. De planeet blijkt ongeveer elf keer zwaarder te zijn dan Jupiter, de grootste planeet in ons zonnestelsel, en draait in ongeveer 22 jaar om zijn ster.
Om achter de massa van een planeet te komen moet de zwaartekrachtsinvloed op zijn moederster worden gemeten. Dit laat de ster een heel klein beetje wiebelen. Normaalgesproken wordt dit wiebelen gemeten door de snelheidsveranderingen van de ster te bepalen, maar dit is voor zulke jonge sterren niet mogelijk. Er was dan ook nog nooit een massa van een jonge planeet gemeten, terwijl dit belangrijk is om modellen van planeetvorming te kunnen testen. Een ingewikkelder methode maakt gebruik van astrometrie, die heel precies de positieveranderingen van de ster aan de hemel bepaalt. Dit is nu voor het eerst gelukt door de 25-jaar oude Hipparcos-data te koppelen aan die van Gaia – een hypermoderne satelliet, ook van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, die nu operationeel is.
“We hadden al een hele tijd de goede oude Hipparcos-data in ons achterhoofd, maar moesten wachten op nieuwe metingen van Beta Pictoris door Gaia, die afgelopen april beschikbaar zijn gekomen,” zegt onderzoeker Ignas Snellen. “Je zou het niet zeggen als je naar de sterrenhemel kijkt,” vervolgt medeauteur Anthony Brown, “maar alle sterren bewegen een beetje door een steeds veranderend perspectief doordat de aarde om de zon draait, en de sterren en de zon door de Melkweg bewegen. Deze bewegingen moeten eerst heel goed gemeten worden om daarna het effect van de planeet op de ster te kunnen ontwaren. Daarvoor was de combinatie van de oude Hipparcos-data met de nieuwe Gaia-metingen nodig. Het gaat om een effect van een één miljoenste graad, de grootte van een voetstap op 50.000 km afstand.”
Beta Pictoris b is zo’n tien jaar geleden ontdekt als een van de eerste jonge planeten maar het was sterrenkundigen niet eerder gelukt om de massa van zo’n planeet te bepalen. Snellen: “Nu kunnen we eindelijk de interne energie van de planeet koppelen aan zijn massa. Een heel aantal modellen over planeetvorming kan nu de deur uit.” De relatief lage massa geeft aan dat een groot gedeelte van de energie die vrijkomt bij de vorming van de planeet in het hemellichaam zelf wordt opgeslagen, dat vervolgens in de eerste tientallen miljoenen jaren maar langzaam afkoelt. Over enkele jaren zal Gaia genoeg data hebben verzameld om deze metingen voor honderden andere jonge planeten te kunnen doen, om zo een nog veel completer beeld van de vorming en evolutie van planeten te krijgen.