Kan Kepler exomanen detecteren?

Eerder deze week was in het nieuws dat de instrumenten van planetenjager Kepler inderdaad gevoelig genoeg zijn om aardse planeten te kunnen ontdekken rond zonachtige sterren. Wetenschappers denken zelfs dat Kepler misschien gevoelig genoeg is om, behalve exoplaneten, ook exomanen te detecteren.

Kepler maakt gebruik van de transitmethode, een exoplaneet dekt een deel van de ster af als deze in zijn omloopbaan tussen ons en de ster komt te staan. De lichtintensiteit van de ster is dan tijdelijk iets minder, hieruit is af te leiden wat de grootte van de planeet is en de omloopsnelheid van de planeet rond de ster. Natuurlijk proberen wetenschappers zoveel mogelijk informatie uit de data te halen die Kepler gaat produceren. Theoretisch moet het dan misschien mogelijk zijn om, behalve exoplaneten, ook exomanen te detecteren. Men is vooral geïnteresseerd in planeten die zich in de ‘bewoonbare zone’ van een ster bevinden, dus planeten in een baan rond een ster waardoor het op de planeet niet te warm en niet te koud is, zodat het mogelijk geschikt is voor het ontstaan van leven. Maar het zou kunnen dat dit gasplaneten zijn, en deze zijn niet geschikt voor het ontstaan van leven. Een mogelijkheid is echter dat zulke gasplaneten wel geschikte rotsachtige manen hebben. De vraag is, hoe detecteer je zulke manen met de transitmethode?

Het blijkt dat zulke manen twee effecten veroorzaken die in principe waarneembaar zijn. Kijken we even naar onze eigen maan en de aarde, dan blijkt dat de maan niet precies beweegt rond het middelpunt van de aarde, maar eigenlijk bewegen beide zich rond een gemeenschappelijk zwaartepunt. Voor de maan en de aarde ligt dit punt, ook wel het barycentrum genoemd, ongeveer 1700 kilometer onder de oppervlakte van de aarde. Voor exoplaneten met een maan geldt hetzelfde, beide bewegen zich rond het barycentrum, en de planeet zal hierdoor een beetje wiebelen. Met de transitmethode zouden we dat op twee manieren kunnen zien. Ten eerste veroorzaakt het wiebelen van de planeet kleine tijdsverschillen wanneer we transits waarnemen. De tijdstippen waarop opeenvolgende transits plaatsvinden in het geval van een planeet zonder maan zijn voorspelbaar, maar bij een planeet met een maan zal dit een klein beetje eerder of later zijn. Ten tweede zal de tijdsduur van transits bij een planeet met een maan steeds iets verschillen. Deze effecten kunnen echter ook optreden als de baan van de planeet iets verstoord wordt door een andere planeet in hetzelfde planeetstelsel. Het is daarom noodzakelijk om beide effecten te meten, hierdoor kan men onderscheiden of de waargenomen wiebel komt door een maan rond de planeet, of door de aanwezigheid van een andere planeet.

Theoretisch kunnen we zo dus exomanen detecteren, maar in hoeverre zou dit kunnen met Kepler? Het blijkt dat van alle sterren die Kepler in de gaten gaat houden voor het ontdekken van exoplaneten ongeveer een kwart mogelijk geschikt is voor het detecteren van exomanen. Kleinere, minder lichtsterke sterren op niet te grote afstand bieden de grootste kans op het waarnemen van exomanen, de daling van de lichtintensiteit door de transit van een exoplaneet is dan het grootst, en bovengenoemde effecten kunnen dan voldoende nauwkeurig worden gemeten. De massa van zo’n exomaan moet vrij groot zijn, ongeveer 20% van de aardmassa, behoorlijk meer dan de massa van bijvoorbeeld onze eigen maan. Het maakt ook verschil hoe groot en zwaar de planeet is. Het detecteren van exomanen rond Jupiterachtige planeten is vrij moeilijk, een planeet die lijkt op Saturnus is door zijn geringe dichtheid kansrijker. Ook is het voor Kepler gemakkelijker om een aardachtige planeet rond een ster te ontdekken dan een aardachtige maan met dezelfde massa rond een zwaardere planeet. Er zitten dus wat haken en ogen aan de mogelijkheid dat Kepler exomanen kan detecteren, maar het is zeker niet uitgesloten. Mocht Kepler inderdaad exomanen detecteren, dan zou dit een interessante ontdekking zijn. En ook een mooie prestatie van Kepler.