“Sterbevingen en Exoplaneten in onze Melkweg: de Zoektocht naar

“SterbevingenenExoplaneteninonzeMelkweg:deZoektochtnaar
BuitenaardsLeven”doorProf.Dr.ConnyAerts,Instituutvoor
Sterrenkunde,KULeuven(https://fys.kuleuven.be/ster/staff/conny-aerts)
AllematerieopAarde,deatomenvanjemeubelenmaarookvanjelichaam,zijn
gemaaktdoorsterren.Sterrenzijnzwarehetegasbollendiestralen.Datkunnenze
dankzijdehogedrukentemperatuurinhunbinnenste,waardoorerkernenergiewordt
opgewektdiewijkunnenvaststellenalsstraling.Planetendaarentegenkunnengeen
stralingopwekkenomdatzijnietzwaargenoegzijnendaardoornietdevereistedruken
temperatuurhebbenomkernreactiesoptestarten.Datwedeachtplanetenvanons
zonnestelseltochgoedkunnenzienaanhetfirmamentkomtomdatzehetzonlicht
weerkaatsenenzichtegelijkzodichtbijonsbevinden.HunafstandtotdeZonbedraagt
namelijk“slechts”tientallenmiljoenentotenkelemiljardenkilometers.Datis“vlakbij”
alsjebedenktdatonzeMelkweg,dieeenpaarhonderdmiljardsterrenbevat,zich
uitstrektovereen100,000-tallichtjaren:datiseen1metachttiennullenerachteralsje
hetinkilometersuitdrukt.
BijhungeboortebestaandemeestesterreninonzeMelkweguitzowat71%waterstof,
27%helium,en2%zwaarderechemischeelementen.Detemperatuur,dichtheiden
drukinhetbinnenstevaneensterlooptzohoogopdatkernfusievanwaterstofmogelijk
wordt.IntegenstellingtotkernsplijtingtoegepastinAardsekerncentrales,iskernfusie
ishetfysischproceswaarbijdekernenvanatomensamensmeltenomzoéénzwaardere
atoomkerntevormen.Deenergiediehierbijopgewektwordtkunnenweberekenen
metEinsteinsberoemdeformuleE=mc2.Heteersteentegelijkeenvoudigste
kernfusieprocesinsterrenisdesamensmeltingvanwaterstoftothelium.Ditishet
kernfusieproceswatmomenteelinhetbinnenstevandeZonaandegangis.
Hetlevendatdesterzalleiden,hangtsterkafvanhaargeboortemassa.Sterrenmeteen
massavergelijkbaarmetdezevandeZonlevenmiljardenjaren.Nadatallewaterstofin
desterkernreactorisuitgeputomdathetomgezetwerdinhelium,zalerindezesterren
eentweedecyclusvankernfusieoptreden,waarbijheliumkernenomgezetwordenin
koolstofenzuurstof.Zeeindigenhunlevenalswittedwerg.Datiseenbalbestaandeuit
koolstofenzuurstofdieongeveerevengrootisalsdeAarde.Sterrendiegeboren
wordenmetmeerdanachtkeerdemassavandeZonlevenslechtsmiljoenenjaren,
dochslagenerinomveelmeercyclivankernfusietedoorlopen.Uiteindelijkvormenze
inhunbinnensteallechemischeelemententotenmetijzerenontploffenzealseen
supernova,waarnaeenneutronensterofeenzwartgatoverblijft.
Ditgroteverhaaloverhetlevenvansterrenisonswelbekend.Overdedetailsbestaat
heelwatminderzekerheidomdatwenietrechtstreekskunnenbinnenkijkeninde
sterkernwaardekernfusiegebeurtenhetisdezediehetsterlevenstuurt.Velevragen
blijvendaaromnogonbeantwoord:hoedraaiendegaslagenrondbinnenindester?Hoe
verandertdezeinternerotatienaarmatedesterouderwordt?Hoevermengende
chemischeproductenaangemaaktdoordekernfusiezichbinnenindester?De
antwoordenopdezedriehoofdvragenbepalenhetsterlevenendaaraangekoppeldook
hetlevenopexoplanetendiemogelijksronddesterdraaien.Wanneerwedeevolutie
vanexoplanetenwillenbegrijpen,moetenwevatkrijgenopdezeongekendefysische
processenbinneninhunmoederster.
Eenzeergoedemodernetechniekomeenbeeldtekrijgenvanhetbinnenstevaneen
sterisasteroseismologie(Aerts,Christensen-Dalsgaard&Kurtz,2010,Springer,ISBN
978-1-4020-5178-4).Dezenieuwemethodekantoegepastwordendankzijultra-
preciezemetingenvanuitderuimte.Bijasteroseismologiewordengeobserveerde
variatiesindehelderheidvaneenstergekoppeldaanhaarsterbevingen.Aardbevingen
latentoedatseismologenafleidenhoezwaarengrootdekernvanonzeplaneetisen
welkechemischestoffenerzichinbevinden.Bijsterrenishetnetzo,alleengaathetdan
omeenronddraaiendegasbol:uitdeeigenschappenvandesterbevingenkunnenwede
grootte,rotatieenchemievandesterkernafleiden.
Asteroseismologieheeftbelangrijketoepassingenvoordestudievanexoplaneten.Dat
brengtonsmeteenbijdevraag“IserlevenopandereplanetendandeAarde?”.Sindsde
ontdekkingvandeeersteextra-solaire,ofkortwegexoplaneet–datiseenplaneet
buitenonseigenzonnestelseldierondeenanderesterdandeZondraait–zowat
twintigjaargeleden(Mayor&Queloz,1995,Nature,Vol.378,p.355–359),houdtdeze
vraagnietalleensterrenkundigenenruimtevaartorganisatiesbezigmaarzowat
iedereen.Omzetebeantwoorden,moetenweopeenefficiëntemanieropzoekgaan
naareengroteverzamelingvanexoplaneten.Ditwerkthetbestdoordetransitmethode
toetepassenopeengrotesteekproefvansterren.Hetvraagteengevoelig
meetinstrumentwatdeafnamevandehelderheidvaneensterkanregistrerenwanneer
éénvanhaarexoplanetenhetsteroppervlakbedekttenopzichtevaneenwaarnemerdie
inhetbaanvlakvandesterenhaarplaneetzittekijken.Zowerdenduizenden
exoplanetengevonden.DehuidigesteekproefvanexoplanetenverklaptdatminiNeptunussenen(super-)AardeszeerveelvuldigaanwezigzijninonzeMelkweg.
Extrapolatievandesteekproefleidttothetresultaatdatergemiddeldéénexoplaneet
perzon-achtigesteris.ErzijndusmiljardenexoplaneteninonzeMelkweg!
Metzulkegroteaantallenexoplanetenishetteverwachtendatereldersookvormen
vanlevenvoorkomeninonzeMelkweg.Devraagnaarbuitenaardslevenvertaaltzichin
eenzoektochtnaarrotsachtigeplanetenindezogenaamdebewoonbarezonevanhun
moederster.Hoeweltekortdoordebocht,wordtditmeestavertaaldnaardevereiste
vanvloeibaarwater.Alswedezevertaalslaghanteren,hangtdebewoonbarezoneineen
exoplanetenstelselsterkafvandekarakteristiekenvandemoederster.Voorsterren
heterdandeZonstrektdebewoonbarezonezichuittotopeengrotereafstanddande
baanvanMarsterwijlhetnetomgekeerdisvoorkouderemoedersterren.
Ondertussenzijnvelebewoonbareexoplanetengevonden.Helaasstaandemeestenzeer
verwegenkunnenwenietalgauweenkijkjegaannemenofhetprettigeplekkenzijn
omtewonen.DaarombouwenwijmomenteelmeeaandenieuweruimtemissiePLATO
(Raueretal.,2014,ExperimentalAstronomy,Vol.38,p.249-330)dievanaf2025een
grotesteekproefvandichtbijgelegenmoedersterrenasteroseismologischentegelijkmet
detransitmethodekanopmeten.Eensweeensteekproefhebbenvanrotsachtige
exoplanetenindebewoonbarezonevanhelderemoedersterren,moetenwedanweer
eenandereruimtemissiebouwenmetdecapaciteitominfraroodspectroscopievande
exoplaneetatmosferentemetenmetvoldoendesignaalomnategaanoferbiosignaturenzoalszuurstof,water,ozon,enz.,aanwezigzijn.Ditkandoorinfrarode
metingentedoenophetogenblikdatdeexoplaneethaarmoedersterbedekteninons
gezichtsveldzitendaneenzelfdemetingenteherhalenbuitendetransits.Ookvoor
zulkeinfrarodemissiezijneralplannenbinnenhetwetenschappelijkprogrammavan
deESA.Wezullenhetvinden,buitenaardsleven!