De zoektocht naar een tweede Aarde komt steeds dichterbij, maar het vinden van een potentieel leefbare exoplaneet is slechts het begin. Om werkelijk te kunnen vaststellen of we naar een analoog van onze eigen planeet kijken, moet die planeet ook direct worden afgebeeld. Die taak is weggelegd voor de Habitable Worlds Observatory (HWO), een geplande ruimtetelescoop waarvan de primaire missie precies dat doel nastreeft.
Volgens universetoday.com door Kaz Gary van Ohio State University en collega's, is het maken van een foto en het analyseren van de atmosferische samenstelling echter nog niet voldoende. De telescoop zal eerst nauwkeurig de massa van een planeet moeten bepalen voordat wetenschappers kunnen vaststellen of die planeet daadwerkelijk bewoonbaar is.
Waarom massa-metingen cruciaal zijn
Het onderzoeksteam benadrukt dat een massabepaling met een precisie van 10 procent essentieel is om te begrijpen of een planeet werkelijk leefbaar is. Zonder die hoge mate van nauwkeurigheid lopen de modellen die worden gebruikt om de atmosferische samenstelling te bepalen vast in wat wiskundigen bot "degeneratie" noemen. In dit geval betekent dat het onmogelijk wordt om het dominante achtergrondgas in de atmosfeer van een planeet te identificeren.
Het verschil tussen een stikstofatmosfeer zoals die van de Aarde en een CO2-atmosfeer zoals die van Venus maakt een enorm verschil voor de bewoonbaarheid. Zonder precieze massametingen kunnen wetenschappers deze twee scenario's niet van elkaar onderscheiden, wat de interpretatie van biosignaturen vrijwel onmogelijk maakt.
De beperkingen van radiale snelheid
Momenteel is radiale snelheid (RV) de standaardmethode om de massa van exoplaneten te meten. Deze techniek meet de spectrale "wankeling" van een ster terwijl de zwaartekracht van een exoplaneet eraan trekt. Maar volgens universetoday.com is het meten van deze waarde notoir moeilijk.
Een planeet ter grootte van de Aarde die om een zonachtige ster draait, creëert een RV-signaal van slechts 9 centimeter per seconde. Dit extreem kleine signaal wordt gemakkelijk overstemd door de eigen oppervlakte-activiteit van de ster. Nog problematischer is dat RV vrijwel nutteloos is voor een groot percentage van de sterren die HWO zal observeren.
Ongeveer 30 procent van de doellijst van het observatorium bestaat uit hete, snel roterende A- en F-type sterren. Deze sterren hebben hete fotosferen met minimale onderscheidende spectraallijnen, en ze roteren zo snel dat de weinige beschikbare data gemakkelijk vervaagt. Dit maakt hoogprecieze RV-metingen onmogelijk voor bijna een derde van HWO's doelsterren.
Astrometrie als alternatief
Hier komt astrometrie in beeld. Deze alternatieve benadering meet de fysieke zijwaartse beweging van een doelster die wordt veroorzaakt door de planeet die eromheen draait, relatief ten opzichte van de achtergrondsterren. Astrometrie heeft een groot voordeel: het is bijzonder nuttig voor de actieve sterren die RV niet aankan, omdat het observeren van hun zijwaartse beweging veel eenvoudiger is dan het volgen van hun spectrale kenmerken.
nasa.gov wordt ontworpen als een grote infrarood/optische/ultraviolette ruimtetelescoop met een geschatte spiegeldiameter van ongeveer 6 meter. De telescoop zal gevoelig zijn voor golflengten van ultraviolet tot nabij-infrarood, wat hem geschikt maakt voor een breed scala aan wetenschappelijke toepassingen.
Een missie op zoek naar leven
De HWO zal het eerste ruimteobservatorium zijn dat specifiek is ontworpen om naar tekenen van leven op planeten rond andere sterren te zoeken. nasa.gov zal het observatorium voortbouwen op technologieën die zijn bewezen door de Hubble Space Telescope, de James Webb Space Telescope en de aankomende Roman Space Telescope.
Met de juiste instrumentatie zal HWO ook NASA's volgende grote algemene observatorium worden, in staat tot een breed scala aan wetenschappelijk onderzoek dat de hele astrofysische gemeenschap bedient. De hoge hoekresolutie en het grote lichtopvangvermogen geven HWO het potentieel om extreem nauwkeurige astrometrische metingen te verkrijgen.
sciencesconf.org van Ohio State University benadrukken dat HWO met de juiste instrumentatie niet alleen unieke handtekeningen van bewoonbare planeten kan vinden, maar mogelijk ook leven zelf kan detecteren. De combinatie van directe beeldvorming, spectroscopie en hoogprecieze astrometrie zal de telescoop in staat stellen om de meest veelbelovende kandidaten voor buitenaards leven te identificeren en te karakteriseren.
De ontwikkeling van HWO markeert een nieuwe fase in de zoektocht naar antwoorden op een van de meest fundamentele vragen van de mensheid: zijn we alleen in het universum? Door astrometrie te integreren in het ontwerp van het observatorium, vergroten wetenschappers de kans dat we die vraag eindelijk kunnen beantwoorden.