Planet upptäckt i den närmaste stjärnans beboeliga zon

Astronomer har med hjälp av bland annat ESO:s teleskop funnit klara bevis för en planet som kretsar kring den närmaste stjärnan till jorden, Proxima Centauri. Den länge eftersökta planeten, som fått beteckningen Proxima b, gör ett varv runt sin svala, röda värdstjärna var 11:e dag. Dess temperatur är lagom för att flytande vatten ska kunna finnas på dess yta. Denna steniga värld med något högre massa än jorden är den närmast belägna exoplaneten. Den kan också vara den närmaste platsen utanför solsystemet som har möjligheten att uppehålla liv. En artikel som beskriver denna vetenskapliga milstolpe publiceras i tidsskriften Nature den 25 augusti 2016.

Proxima b

Planeten omkring Proxima Centauri som den skulle kunna se ut

Drygt fyra ljusår från vårt solsystem ligger en röd dvärgstjärna som fått namnet Proxima Centauri, just därför att den är den närmaste stjärnan till jorden efter solen. Denna svala stjärna, som ligger i stjärnbilden Kentauren, är för ljussvag för att kunna ses med blotta ögat. I rymden ligger den nära det mycket ljusstarkare stjärnparet känt som Alfa Centauri AB.

Under första halvåret 2016 studerades Proxima Centauri regelbundet med spektrografen HARPSESO:s 3,6-metersteleskop vid La Silla i Chile samtidigt som den bevakades av andra teleskop runt om i världen [1]. Detta var Pale Red Dot-kampanjen, inom vilken ett forskarlag lett av Guillem Anglada-Escudé vid Queen Mary University, London, sökte efter tecken på hur planetens gravitationella dragningskraft får stjärnan att vackla fram och tillbaka [2].

Med tanke på det stora allmänintresset delade forskarna med sig av kampanjens framsteg i realtid mellan januari och april 2016, både på Pale Red Dot-sajten och via sociala medier. Deras rapporter kompletterades med många populärvetenskapliga artiklar av specialister från hela världen.

Guillem Anglada-Escudé berättar om bakgrunden till denna unika planetjakt.

– De första svaga tecknen på en möjlig planet upptäcktes så tidigt som 2013, men detektionen var inte övertygande. Sedan dess har vi arbetat hårt med att få igång fortsatta mätningar med hjälp av ESO och andra. Den aktuella Pale Red Dot-kampanjen har vi planerat i ungefär två års tid, säger han.[1]

När mätningarna från Pale Red Dot kombinerades med tidigare observationer som genomfördes både vid ESO:s observatorier och på annat håll visade de tydliga tecken på ett verkligen spännande resultat. Ibland närmar sig Proxima Centauri oss med en hastighet på omkring 5 kilometer i timmen – en vanlig gånghastighet för en människa – och ibland avlägsnar den sig med samma hastighet. Detta regelbundna mönster av växlande radialhastigheter upprepar sig med en period på 11,2 dagar. Tack vare en noggrann analys kunde forskarna visa att dessa pyttesmå Dopplerförskjutningar tydde på att här finns en planet. Den har en massa på minst 1,3 gånger jordens och kretsar cirka 7 miljoner kilometer från Proxima Centauri, vilket är bara 5 procent av avståndet mellan jorden och solen [3].

Guillem Anglada-Escudé berättar om de senaste månadernas spänning.

– Varje dag under Pale Red Dot-kampanjens 60 nätter kollade jag att signalen stämde. De första 10 var lovande, de första 20 stämde väl överens med vad vi väntat oss. Vid 30 dagar var resultatet så gott som definitivt, så vi började skriva ett utkast på artikeln!

Röda dvärgar som Proxima Centauri är aktiva och föränderliga stjärnor som kan variera på sätt som skulle kunna härma tecken på en planet. För att utesluta detta bevakade forskarlaget noggrant stjärnans ljusstyrka under kampanjen med hjälp av San Pedro de Atacama Celestial Explorations Observatory i Chile samt Las Cumbres-observatoriets teleskopnätverk. Radialhastighetsmätningar från när stjärnan genomgick utbrott uteslöts sedan från den slutgiltiga analysen.

Proxima b kretsar mycket närmare dess stjärna än Merkurius bana runt solen i vårt solsystem, men stjärnan är också långt ljussvagare än solen. En följd av detta är att Proxima b ligger mitt i den beboeliga zonen som omger stjärnan. Temperaturen på dess yta uppskattas kunna tillåta förekomsten av flytande vatten. Trots Proxima b:s tempererade bana kan förhållandena på dess yta påverkas starkt av utbrott i ultraviolett ljus och röntgenstrålning från stjärnan. Utbrotten väntas vara mycket mer intensiva än de som solen skickar mot jorden [4].

Proxima b

Så här föreställer sig ESO:s rymdkonstnär att planeten Proxima b ser ut. Planeten går i bana runt den röda dvärgstjärnan Proxima Centauri, solsystemets närmast belägna stjärna. Dubbelstjärnan Alfa Centauri AB syns också i bilden uppe till höger om Proxima. Proxima b, som är lite tyngre än jorden, har en bana som ligger inuti den beboeliga zonen runt Proxima Centauri, där temperaturen är lagom för att flytande vatten ska kunna existera på dess yta

I två andra artiklar tar forskarna upp frågan om beboeligheten hos Proxima b och dess möjliga klimat. De kommer fram till att flytande vatten kan finnas på planetens yta bara i dess soligaste trakter, antingen på det halvklotet som alltid riktas mot stjärnan (synkron rotation) eller i ett tropiskt bälte (3:2-resonansrotation). Klimatet på Proxima b är helt olikt jordens, på grund av den starka strålningen från värdstjärnan och hur planeten har bildats, och det är inte troligt att Proxima b har årstider.

Upptäckten blir början på omfattande nya observationer både med dagens instrument [5] och med nästa generationen av jätteteleskop så som E-ELT (European Extremely Large Telescope). Proxima b blir ett viktigt mål i jakten på bevis för liv på annat håll i universum. Alfa Centauri-systemet är dessutom målet för mänsklighetens första planerade försök att resa till ett annat stjärnsystem, projektet StarShot.

– Många exoplaneter har upptäckts och fler kommer att upptäckas. Men att leta efter den som är den närmaste möjliga motsvarighet till jorden och lyckas har varit ett minne för livet för oss alla. Bakom den här upptäckten ligger de berättelser och ansträngningar som många människor gjort och som nu kommit samman. Resultatet är också en hyllning till dem alla. Sökandet för liv på Proxima b ligger näst på tur, avslutar Guillem Anglada-Escudé.

Noter

[1] Utöver de nya mätningarna från Pale Red Dot-kampanjen innefattar forskningsartikeln bidrag från forskare som har observerat Proxima Centauri under många år. Dessa inkluderar medlemmar i det ursprungliga UVES/ESO M-dvärgprogrammet (Martin Kürster och Michael Endl) och pionjärer i sökandet av exoplaneter såsom R. Paul Butler. Det ingår även offentliga mätningar utförda av HARPS/Geneva-teamet under många år.

[2] Namnet Pale Red Dot spelar på Carl Sagans välkända referens till jorden som en blek blå prick. Eftersom Proxima Centauri är en röd dvärgstjärna badar den närliggande planeten i en blek röd glöd.

[3] Upptäckten som idag rapporteras har varit tekniskt möjlig under de senaste 10 åren. Svagare signaler av samma slag har tidigare kunnat upptäckas. Men stjärnor är inte släta bollar av gas och Proxima Centauri är en aktiv stjärna. Den tydliga upptäckten av Proxima b har endast blivit möjligt tack vare att forskare nu nått en detaljerad förståelse av hur stjärnan förändras på tidsskalor från minuter till decennier, och övervakat dess ljusstyrka med fotometriska teleskop.

[4] Utsträckningen i vilken en planet av det här slaget kan härbärgera vatten och jordlikt liv är ett ämne för intensiv men mestadels teoretisk debatt. Det är främst planetens närhet till stjärnan som väcker allvarliga frågor om huruvida liv kan vara möjlig på planeten. Till exempel låser troligen gravitationskrafter planeten så att en sida får ständigt dagsljus och den andra konstant natt. Planetens atmosfär kan också hålla på att långsamt avdunsta och dess kemi kan vara mycket mer komplex på grund av starkare ultraviolett och röntgenstrålning, framförallt under de första miljarder åren av stjärnans liv. Men inga av argumenten har kunnat bevisats vara entydiga och det är osannolikt att man kan lösa det utan bevis från direkta observationer och karaktärisering av planetens atmosfär. En liknande situation råder för planeterna som nyligen upptäcktes runt stjärnan TRAPPIST-1.

[5] Några metoder för att studera planetens atmosfär kräver att den passerar framför stjärnan och således låter stjärnljuset passera genom dess atmosfär på väg till jorden. Just nu finns det inga bevis på att Proxima b passerar framför värdstjärnan. Sannolikheten tycks vara liten, men just nu genomförs fortsatta observationer för att kontrollera om detta skulle kunna vara möjligt.

Intressant?
Läs även andra bloggares åsikter om , , , , , , , , ,

Planet med tre solar överraskar

En grupp av astronomer har använt instrumentet SPHERE som sitter på ESO:s Very Large Telescope för att studera den första planet som som hittills upptäckts i en vidsträckt bana hos en trippelstjärna. Sådana banor borde enligt forskare vara instabila, med följden att planeten snabbt kastas ut ur systemet. Ändå har den överlevt. Dess oväntade upptäckt tyder på att sådana system kan vara vanligare än man tidigare trott. Forskningsresultaten har publicerats i tidsskriften Sciences nätupplaga.
Trippelsol

I sagan om Star Wars var Luke Skywalkers hemplanet Tatooine en underlig värld med två solar på himlen. Nu har astronomer upptäckt en planet i ett stjärnsystem som är ännu mer exotiskt. Här skulle en observatör antingen uppleva ett konstant dagsljus – eller varje dag tre soluppgångar och solnedgångar, beroende på årstid, med årstider som varar längre än livstiden för en människa.

Denna nya värld upptäcktes av ett team av astronomer som leds av University of Arizona, USA, med hjälp av direkta bilder gjorda med ESO:s Very Large Telescope (VLT) i Chile. Planeten, HD 131399Ab [1], liknar inte någon tidigare känd värld – den följer den i särklass mest vidsträckta kända banan inuti ett system med flera stjärnor. Sådana banor är oftast instabila på grund av den komplexa och föränderliga gravitationskraften från de andra två stjärnorna i systemet. Forskare har hittills trott att det skulle vara osannolikt att planeter skulle upptäckas i stabila banor av den här sorten.

Exoplaneten HD 131399Ab befinner sig 320 ljusår bort från jorden i stjärnbilden Kentauren och är omkring 16 miljoner år gammal. Det gör den till en av de yngsta exoplaneterna som hittills upptäckts, och en av väldigt få planeter som man kunnat avbilda direkt. Med en temperatur på cirka 580 grader Celsius och en massa som beräknas till fyra gånger Jupiters är den också en av de kallaste och lättaste bland de exoplaneter som avbildats direkt.

– HD 131399Ab är en av de få exoplaneter som avbildats direkt. Den är också den första som befinner sig i en så intressant dynamisk konfiguration säger Daniel Apai, astronom vid University of Arizona, USA och en av medförfattarna till forskningsartikeln, i ett pressmeddelande.

– Under drygt halva planetens bana, som varar i 550 jordår, är tre stjärnor synliga på himlen. De två blekare stjärnornaligger alltid väldigt nära varandra, medan det synbara avståndet till den ljusaste stjärnan ändrar sig under året, tillägger Kevin Wagner, förstaförfattare till forskningsartikeln och upptäckaren av HD 131399Ab [2], i pressmeddelandet.

Kevin Wagner, som är en doktorand vid University of Arizona, identifierade planeten bland hundratals kandidatplaneter och ledde uppföljningsobservationerna för att bekräfta att den var en exoplanet.

Detta är också den första upptäckten av en exoplanet med instrumentet SPHERE på VLT. SPHERE är känslig för infrarött ljus, som gör det möjligt att upptäcka värmesignaturen från unga planeter. Instrumentet erbjuder även avancerade funktioner för att korrigera för atmosfäriska störningar och blockerar det annars bländande ljuset från deras värdstjärnor.

Upprepade och långa observationer kommer att behövas för att exakt bestämma planetens bana bland dess värdstjärnor. Men än så länge tyder observationer och beräkningar på följande scenario. Den ljusaste stjärnan, med beteckningen HD 131399A, har en massa som beräknas vara 80 procent tyngre än solen. Runt den kretsar de lättare stjärnorna, B och C, på ett avstånd av 300 ae (en astronomisk enhet, ae, är lika med medelavståndet mellan jorden och solen). Samtidigt kretsar B och C runt varandra som en snurrande hantel, åtskilda med ett avstånd som är ungefär detsamma som solen och Saturnus (10 ae).

I detta scenario färdas planeten HD 131399Ab runt stjärna A med en bana med radie 80 ae, ungefär dubbelt så stor som Plutos bana i vårt solsystem, som tar planeten ut till ungefär en tredjedel av avståndet mellan stjärna A och stjärnparet B/C. Författarna påpekar att en rad olika omloppsbanor är möjliga, och domen på systemets långsiktiga stabilitet kommer att behöva vänta på planerade uppföljningsobservationer som kommer att bättre bestämma planetens bana.

– Om planeten låg längre bort från systemets tyngsta stjärna skulle den kastas ut ur systemet. Våra datorsimuleringar har visat att denna typ av banor kan vara stabila, men om man bara ändrar saker lite grann, så kan banan väldigt snabbt bli instabil, förklarar Apai.

Planeter i ett system med flera stjärnor är speciellt intressanta för astronomer och planetforskare eftersom de ger ett exempel på hur mekanismen för planetbildningen fungerar i dessa mer extrema scenarier. System med flera stjärnor verkar exotiska för oss som befinner oss i bana runt en enskild stjärna, men multipla stjärnsystem är faktiskt lika vanliga som enskilda stjärnor.

– Det är inte klarlagt hur denna planet hamnade på sin vidsträckta bana i detta extrema system, och vi kan inte ännu säga vad detta betyder för vår bredare förståelse för denna typ av planetsystem. Men det visar att det finns mer variation därute än många hade trott skulle vara möjligt. Vad vi vet är att planeter i system med flera stjärnor har studerats mycket mer sällan än planeter i system med enskilda stjärnor, men potentiellt är de lika många, avslutar Kevin Wagner.

Noter
[1] De tre stjärnorna som ingår i systemet heter HD 131399A, HD 131399B och HD 131399C, i fallande ljusstyrka. Planeten kretsar omkring den ljusaste stjärna, därav dess beteckning HD 131399Ab.
[2] Under större delen av planetens år skulle stjärnorna se ut att vara nära varandra på himlen, vilket ger planeten är igenkännlig dag- och nattsida och varje dag med en unik trippel solnedgång och soluppgång. Allt eftersom planeten rör sig längs sin bana rör sig också stjärnorna längre bort från varandra för varje dag tills de når en punkt då en stjärnas nedgång sammanfaller med en annans uppgång – då har planeten ett nästan konstant dagsljus under en tredjedel av dess omloppsbana, eller ungefär 140 jordår.

Intressant?
Läs även andra bloggares åsikter om , , , , , , , ,

Stöld ligger bakom Planet 9 i vårt solsystem

En extrasolär planet, en exoplanet, har per definition varit en planet belägen utanför vårt eget solsystem. Nu verkar det som att den definitionen inte är gångbar längre. Enligt astronomer i Lund pekar mycket på att Planet 9 fångats upp av solen när solen var ung och sedan dess, oupptäckt, varit en del av vårt solsystem.

Planet 9

– Det är nästan ironiskt att medan astronomer ofta hittar exoplaneter många hundra ljusår bort i andra solsystem så har vi sannolikt en som gömmer sig på vår egen bakgård, säger Alexander Mustill, astronom vid Lunds universitet i ett pressmeddelande.

Solen stal Planet 9 ur en annan omloppsbana

Stjärnor föds i kluster och passerar då ofta nära varandra. Det är i dessa möten som en stjärna kan ”stjäla” en eller flera planeter som ligger i omloppsbana runt en annan stjärna. Så har det förmodligen gått till när vår egen sol fångat Planet 9.

I en datorsimulerad modell har Alex Mustill tillsammans med astronomer i Lund och Bordeaux visat att Planet 9 förmodligen har fångats upp av vår egen sol när Planet 9 låg i omloppsbana runt en annan stjärna. När den stjärnan hamnade väldigt nära vår egen sol så lade solen beslag på Planet 9.

– Planet 9 kan mycket väl ha ”knuffats” av andra planeter och när den hamnat i en alltför vid omloppsbana runt sin egen stjärna kan vår sol ha passat på att stjäla och tillfångata Planet 9 från ursprungsstjärnan. När solen senare har avlägsnat sig från stjärnklustret där den föddes har Planet 9 fastnat i omloppsbana runt solen, säger Alexander Mustill.

Tio gånger större än jorden

– Det finns ingen bild av Planet 9, inte ens en ljuspunkt. Ingen vet om den består av sten, is eller gas. Allt vi vet är att dess massa förmodligen är ungefär tio gånger så stor som jordens massa.

Ännu återstår mycket forskning innan det med säkerhet går att fastslå att Planet 9 är den första exoplaneten i vårt solsystem. Visar det sig stämma tror Alexander Mustill att studierna av rymden och förståelsen av solens och jordens skapelse kommer att ta stora steg framåt.

– Det är den enda exoplaneten som vi realistiskt sett skulle kunna nå med en rymdsond, säger han.

Artikeln publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, MNRASL.

Intressant?
Läs även andra bloggares åsikter om , , , , , ,