Kan deze nieuwe telescoop de ‘heilige graal’ van planetenjagers dichterbij brengen?
Een planeet die op de aarde lijkt bij een ster die op de zon lijkt, dat is de heilige graal van planetenjagers. Een Australische astronoom gaat ernaar op zoek met een bijzondere nieuwe ruimtetelescoop.
Draait er een tweelingbroertje van de aarde rond de dichtstbijzijnde ster? Zou zomaar kunnen. En als dat zo is, wil Peter Tuthill ’m vinden. Eerder deze maand presenteerde de Australische astronoom de plannen voor een kleine maar heel bijzondere ruimtetelescoop die gericht op zoek gaat naar een aardeachtige planeet in een baan rond Alfa Centauri, de ster die het dichtst bij de zon staat.
Onze eigen aarde is een van de acht planeten in een baan rond de zon. Maar sinds een kwart eeuw weten sterrenkundigen dat de meeste andere sterren ook vergezeld worden door planeten. Er zijn al ruim vijfduizend van die ‘exoplaneten’ ontdekt, vooral rond kleine, lichtzwakke dwergsterretjes, waar ze makkelijker te vinden zijn.
De heilige graal van de planetenjagers is natuurlijk een echt tweelingbroertje van de aarde: een kleine, rotsachtige planeet in een baan rond een ster die veel op de zon lijkt. En dan op precies de goede afstand, zodat er water en leven aan het oppervlak kan voorkomen. Zo’n ‘Aarde 2.0’ is nog niet gevonden.
Tuthill hoopt straks bij Alfa Centauri beet te hebben. Zijn Toliman-ruimtetelescoop (Toliman was de oude Arabische naam van de ster) moet in staat zijn om een aardeachtige planeet op te sporen in de ‘bewoonbare zone’ rond deze naaste buur van de zon.
Dubbelstersysteem
Het is een wilde gok, dat weet hij zelf ook wel. Alfa Centauri is een dubbelster: twee sterren die eens in de tachtig jaar om elkaar heen draaien, in een wijde, ellipsvormige baan. Het is onduidelijk of in zo’n dubbelstersysteem even makkelijk planeten kunnen ontstaan als rond een enkelvoudige ster zoals de zon. (Bij Proxima Centauri, een dwergsterretje dat op nog veel grotere afstand rond de dubbelster draait, is in 2016 al wel een planeet gevonden.)
Toch is het alleszins de moeite waard om op zoek te gaan, vindt ook exoplanetenonderzoeker Aurora Kesseli van de Leidse Sterrewacht. Het liefst willen sterrenkundigen andere planeten echt in beeld brengen en metingen doen aan de samenstelling van de dampkring. ‘Dat is echt geen heel verre toekomst meer’, zegt Kesseli. Zoiets lukt natuurlijk het best als de planeet niet al te ver weg staat, dus dan is Alfa Centauri, op een afstand van ‘slechts’ 4,4 lichtjaar (ruim 40 biljoen kilometer), een ideaal doel. ‘Dit is een eerste stap.’
Voor die eerste stap werkt de universiteit van Sydney samen met Nasa’s Jet Propulsion Laboratory, met het Australische ruimtevaartbedrijf Saber Astronautics en met de Breakthrough Initiatives van investeerder Yuri Milner, die ook futuristische plannen ontwikkelt voor een complete vloot van microsatellietjes naar het Alfa Centauri-stelsel. ‘We zoeken nog aanvullende financiering’, zegt Tuthill, ‘maar het project gaat zeker door.’
Minuscule schommeling
Makkelijk is het niet. Een rondcirkelende planeet trekt met zijn zwaartekracht aan zijn moederster. Ook als je de planeet zelf niet kunt zien, kun je zijn bestaan dus afleiden uit piepkleine periodieke schommelingen van de ster. Normaal gesproken meet je die ten opzichte van sterren op de achtergrond, maar dat levert in dit geval bij lange na niet de vereiste nauwkeurigheid op.
In plaats daarvan meet de Toliman-ruimtetelescoop heel nauwkeurig de onderlinge afstand van de twee heldere sterren in het dubbelstersysteem. Als er géén planeten zijn, beschrijven die twee sterren mooie gelijkmatige ellipsbanen rond het gemeenschappelijke zwaartepunt. Maar als er rond één van de twee een aardeachtige planeet draait, moet er een minuscule extra schommeling te zien zijn.
Gemeten op de detector van de telescoop gaat het om een afwijking van minder dan de diameter van een atoom, rekent Tuthill voor. De enige manier om dat te meten is gek genoeg door de twee sterren expres heel ‘onscherp’ in beeld te brengen. Een zorgvuldig ontworpen patroon van microscopische ‘krasjes’ op de telescoopspiegel produceert een bijna kunstzinnig, waaiervormig beeld van de dubbelster, met tal van scherpe piekjes. Zelfs bij de allerkleinste variatie in de afstand tussen de twee sterren ziet het resulterende plaatje er al een tikje anders uit.
Leiden
Soortgelijke technieken zijn in Leiden ontwikkeld door David Doelman en zijn collega’s. Voor een eerder project werkte Doelman al samen met Tuthill en zo raakten de Leidse astronomen betrokken bij een kleine ‘voorloper’ van de Toliman-missie: een technologische test aan boord van de mini-satelliet Cuava-1, die afgelopen zomer is gelanceerd. Helaas liep dat slecht af: er zijn nooit radiosignalen van het satellietje ontvangen.
‘Maar de techniek werkt op zich goed’, zegt Doelman: ‘Alles is uitgebreid getest in het lab.’ Of voor de definitieve Toliman-missie ook gebruik gemaakt gaat worden van de Leidse vloeibare-kristaltechnologie is overigens nog onzeker.
En zo is er wel meer onzeker. Wie de onderdelen voor de kleine ruimtetelescoop gaat leveren, bijvoorbeeld. Of er straks voldoende financiële armslag is om – in de woorden van Tuthill – te upgraden ‘van een Volkswagen naar een Mercedes’. Welke raket er gebruikt gaat worden om Toliman in een baan om de aarde te brengen. En of het bij onderzoek naar Alfa Centauri gaat blijven.
‘Onze techniek werkt alleen bij dubbelsterren’, legt Tuthill uit. ‘Andere interessante dubbelsterren staan weliswaar een stuk verder weg, waardoor de metingen nog moeilijker worden, maar wie weet is het wel mogelijk om daar zwaardere planeten op het spoor te komen – zogeheten superaardes.’
Dat is allemaal bijvangst. Waar het om gaat is die intrigerende ‘tweede aarde’ waar sterrenkundigen al zo lang naar op zoek zijn en die zomaar om de hoek zou kunnen liggen. ‘Ik verwacht dat we in 2026 kunnen lanceren’, zegt Tuthill. ‘Binnen twee jaar moet dan duidelijk zijn of er inderdaad zo’n planeet is.’