Ontdekking van de eerste exoplaneetkandidaat in röntgendubbelster M51-ULS-1 in het spiraalstelsel Messier 51 (M51), ook wel het draaikolkstelsel genoemd, met behulp van transittechniek door dips in helderheid waar te nemen bij röntgengolflengten (in plaats van optische golflengten) is baanbrekend en een game changer omdat het de beperking van waarneming van helderheidsdips bij optische golflengten overwint en de weg opent voor het zoeken naar exoplaneten in externe sterrenstelsels. Detectie en karakterisering van planeten in externe sterrenstelsels heeft belangrijke implicaties voor het zoeken naar buitenaards leven.
"Maar waar is iedereen?"?” Fermi flapte eruit, lang geleden in de zomer van 1950, terwijl hij zich afvroeg waarom er geen bewijs is van buitenaards leven (ET) in de ruimte, ondanks de hoge waarschijnlijkheid van zijn bestaan. Driekwart van de eeuw voorbij die beroemde lijn, is er nog steeds geen bewijs van enig leven buiten de aarde, maar de zoektocht gaat door en een van de belangrijkste componenten van deze zoektocht is de detectie van planeten buiten het zonnestelsel en de karakterisering ervan voor mogelijke handtekeningen van het leven.
Meer dan 4300 exoplaneten zijn in de afgelopen decennia ontdekt die al dan niet omstandigheden hebben die geschikt zijn om in leven te blijven. Ze zijn allemaal in ons huis gevonden melkweg. Nee exoplaneet waarvan bekend was dat het buiten de Melkweg was ontdekt. In feite is er geen bewijs om het idee van de aanwezigheid van planetenstelsels in een extern sterrenstelsel te ondersteunen.
Wetenschappers hebben nu voor het eerst melding gemaakt van de ontdekking van een mogelijke kandidaat voor een exoplaneet in een extern sterrenstelsel. Deze extrasolaire planeet bevindt zich in het spiraalstelsel Messier 51 (M 51), ook wel het draaikolkstelsel genoemd, op een afstand van ongeveer 28 miljoen lichtjaar verwijderd van het eigen sterrenstelsel Melkweg.
Gewoonlijk wordt een planeet gedetecteerd door middel van het waarnemen van een zonsverduistering die hij produceert wanneer hij voor zijn ster langs beweegt terwijl hij eromheen draait en zo het licht blokkeert dat van de ster komt (transittechniek). Deze gebeurtenis wordt waargenomen als tijdelijk dimmen van de ster. Zoeken naar een exoplaneet is zoeken naar dips in het licht van een ster. De andere methode voor het detecteren van planeten is door radiale snelheidsmetingen. Alle exoplaneten zijn met deze technieken gedetecteerd in ons eigen sterrenstelsel op relatief korte intra-galactische afstanden in het bereik van 3000 lichtjaar.
Het zoeken naar dips in het licht op grotere intergalactische afstanden om exoplaneten buiten de Melkweg te detecteren, is echter een zware taak omdat een extern sterrenstelsel een klein gebied aan de hemel inneemt en de hoge dichtheid van sterren de studie van een individuele ster niet mogelijk maakt in voldoende details om detectie van handtekeningen van een planeet mogelijk te maken. Als gevolg hiervan was zoeken op optische golflengte in een extern sterrenstelsel tot nu toe niet mogelijk en kon er geen exoplaneet buiten ons eigen sterrenstelsel worden ontdekt. Het nieuwste onderzoek is baanbrekend en een game changer omdat het deze beperking schijnbaar overwint door dips in helderheid op röntgengolflengten (in plaats van optische golflengten) waar te nemen, en de weg opent voor het zoeken naar exoplaneten in andere sterrenstelsels.
X-ray binaries (XRB's) in de externe sterrenstelsels worden beschouwd als ideaal voor het zoeken naar exoplaneten. Deze (dwz XRB's) zijn een klasse van dubbelsterren bestaande uit een normale ster en een ingestorte ster zoals een witte dwerg of een zwart gat. Als de sterren dichtbij genoeg zijn, wordt door de zwaartekracht materiaal van de normale ster van de normale ster naar de dichte ster getrokken. Als gevolg hiervan wordt het aangroeiende materiaal nabij de dichte ster oververhit en gloeit het op in röntgenstralen die verschijnen als heldere röntgenbronnen (XRS'en).
Met een idee om planeten te detecteren die rond röntgendubbelsterren (XRB's) draaien, zocht het onderzoeksteam naar dips in de helderheid van röntgenstraling ontvangen van de heldere röntgendubbelsterren (XRB's) in drie externe sterrenstelsels, M51, M101 en M104 .
Het team richtte zich uiteindelijk op de röntgendubbele M51-ULS-1, een van de helderste röntgenbronnen in het M51-stelsel. De daling in helderheid van röntgenstraling ontvangen door Chandra-telescoop werd waargenomen. De gegevens over de helderheidsdip werden onderzocht op verschillende mogelijkheden en bleken geschikt voor doorvoer door een planeet, hoogstwaarschijnlijk zo groot als Saturnus.
Deze studie is ook nieuw voor het voor het eerst succesvol uitvoeren van het zoeken naar exoplaneten op röntgengolflengte. Op het breedste niveau breidt deze historische ontdekking van exoplaneten buiten ons eigen melkwegstelsel de reikwijdte van het zoeken naar exoplaneten uit naar andere externe sterrenstelsels, wat gevolgen heeft voor het zoeken naar buitenaards intelligent leven.
***
Bronnen:
- Di Stefano, R., Berndtsson, J., Urquhart, R. et al. Een mogelijke planeetkandidaat in een extern sterrenstelsel gedetecteerd door röntgentransit. Natuurastronomie (2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01495-w. Ook online verkrijgbaar bij https://chandra.harvard.edu/photo/2021/m51/m51_paper.pdf. Preprint-versie beschikbaar op https://arxiv.org/pdf/2009.08987.pdf
- Nasa. Chandra ziet bewijs voor mogelijke planeet in een ander sterrenstelsel. Online verkrijgbaar bij https://chandra.harvard.edu/photo/2021/m51/
- Nasa. Wetenschap -Objecten - X-ray dubbelsterren. Online verkrijgbaar bij https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/binary_stars2.html
- Schwieterman E., Kiang N., c.s. 2018. Exoplanet Biosignatures: een overzicht van op afstand detecteerbare tekenen van leven. Astrobiologie Vol. 18, nr. 6. Online gepubliceerd op 1 juni 2018. DOI: https://doi.org/10.1089/ast.2017.1729
