For første gang nogensinde er det lykkedes forskere at tage billeder af flere planeter, der snurrer rundt om en anden sollignende stjerne. Men på trods af at stjernens vært ligner vores egen, afslører øjebliksbillederne af dette planetsystem, at det ikke er noget sted som hjemme.
Stjernen, der hedder TYC 8998-760-1 og befinder sig omkring 300 lysår fra Jorden i stjernebilledet Musca, har samme masse som Solen. Dens to kendte planeter er imidlertid klart fremmede – de kredser om deres stjerne i en afstand på henholdsvis 160 og 320 gange afstanden mellem Jorden og Solen (afstanden er ca. fire og otte gange større end Plutos afstand til vores sol). Begge verdener er superstore sammenlignet med alt andet i vores solsystem. Den yderste planet er omkring seks gange tungere end Jupiter, og den inderste planet har en vægt på 14 gange Jupiters masse. Hver af verdenerne fremstår som en lille prik omkring stjernen på billeder, der er produceret af Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research-instrumentet eller SPHERE, som opererer på European Southern Observatory’s Very Large Telescope i det nordlige Chile. Resultaterne er beskrevet i en undersøgelse, der blev offentliggjort den 22. juli i Astrophysical Journal Letters.
“Det virkelig fascinerende ved dette arbejde er, at det fortsætter med at tilføje til den enorme mangfoldighed af systemer og planeter derude, der kredser om alle mulige stjerner,” siger Rebecca Oppenheimer, en astrofysiker ved American Museum of Natural History i New York City, som ikke var involveret i undersøgelsen. “Der findes ikke en enkelt “arkitektur” for et planetsystem.”
Den nye undersøgelse markerer kun tredje gang, at det er lykkedes forskere at tage billeder af – eller “direkte billeder” af – flere verdener i kredsløb om en enkelt stjerne. Men de tidligere observerede systemer var omkring stjerner, der enten var meget tungere eller lettere end solen, hvilket gør dem mindre sammenlignelige med vores solsystem. Direkte afbildning er stadig en sjældenhed i studiet af verdener uden for vores planetariske naboskab. Langt de fleste exoplaneter i astronomernes kataloger er kun kendt på mere indirekte vis: de afslører deres tilstedeværelse og de mest grundlæggende egenskaber – masse, størrelse og kredsløb – ved periodisk at trække i eller skimte sig mod deres værtsstjerner set fra Jorden. Det er vigtigt at afbilde exoplaneter direkte, siger lederen af undersøgelsen, Alexander Bohn, astrofysiker ved Leiden University i Holland, fordi “ved at modtage lys fra planeterne kan vi bedre karakterisere atmosfæren – og atmosfærens grundstofindhold – og sammensætningen.” Disse oplysninger giver til gengæld forskerne mulighed for at komme med mere kvalificerede gæt om, hvordan en fremmed verdens miljøforhold kan være – og om den måske ligesom Jorden kan rumme liv.
Ingen overvejer dog at skabe liv på nogen af de to nyligt afbildede verdener. Ud over at være oppustede gasgiganter i kølige baner uden meningsfulde overflader, hvor organismer kunne bo, er de og deres stjerne langt yngre end vores sol og planeterne omkring den. “Selve systemet er 17 millioner år ,” siger Bohn. “Og vores solsystem er 4,5 milliarder år .” Selv hvis de havde beboelige forhold, ville hver enkelt verdens relativt nyfødte status ikke give meget tid til, at biologien kunne opstå på grund af kemiens luner. Og selv om planeternes størrelse og unge alder gør dem til dårlige kandidater for liv, som vi kender det, er disse egenskaber netop grunden til, at astronomerne i øjeblikket overhovedet kan se dem på grund af det kraftige infrarøde lys, som de udsender som en rest af energi fra deres dannelse. Mindre, ældre og mere milde verdener, der befinder sig tættere på deres stjerner, er fortsat uden for de nuværende planetbillederes rækkevidde. Men de kan med tiden blive afsløret af mere kraftfulde instrumenter på gigantiske teleskoper. Tre ekstremt store teleskoper (ELT’er) – jordbaserede observatorier med spejle i størrelsesordenen 30 meter på tværs – er allerede ved at nærme sig deres sidste udviklingsstadier. Og astronomer arbejder ihærdigt på at få NASA eller andre rumagenturer til at opsende endnu mere ambitiøse rumteleskoper med planetbilleder i de kommende årtier.
Men alligevel “er vi utrolig langt fra at tage billeder af planeter af jordstørrelse”, siger Bruce Macintosh, astrofysiker ved Stanford University og hovedundersøger på Gemini Planet Imager – et andet instrument, der sammen med SPHERE repræsenterer det nyeste inden for billedoptagelse af exoplaneter. “Med den nuværende teknologi kan vi se en planet, der er omkring en million gange svagere end stjernen. Det er utroligt. Men selv Jupiter – den største verden i vores solsystem – er en milliard gange svagere end solen.”
Hvad enten en målplanet ved siden af en lysende stjerne er en gigantisk gasformet kugle eller en mere jordlignende klippe, siger Bohn, er det at observere den som at se “en ildflue lige ved siden af et fyrtårn, som måske er en meter væk. Du ønsker at se denne lille ildflue, og du er 500 kilometer væk. Det er dybest set den udfordring, vi står over for.” For at indsamle det ekstremt svage lys fra en verden sammenlignet med dens stjerne bruger SPHERE og de fleste andre planetafbildningsinstrumenter en anordning kaldet en koronograf, som blokerer næsten alt stjernens lys – og som effektivt dæmper blændingen fra “fyrtårnet”, så man kan se de nærliggende planetariske “ildfluer”.
Suden mere nuancerede detaljer om en given verden kan sådanne billeder afsløre andre vidundere – og give anledning til vigtige nye mysterier – som går lige til hjertet af teoretikernes stadig spirende forståelse af, hvordan planetsystemer opstår og udvikler sig. I det nyligt afbildede system er “begge planeter dannet omkring den samme stjerne og har samme alder, men den ene planet er dobbelt så massiv som den anden”, siger Macintosh, som ikke har været involveret i undersøgelsen. “Sammenligningen af deres egenskaber vil hjælpe os med at se, hvordan planeternes masse påvirker deres udvikling.” Desuden tilføjer han, at efterfølgende billeder af systemet kan afsløre mere om planeternes baner – og endda om tilstedeværelsen af endnu usete verdener. “Er de rettet ud på samme måde som planeternes baner i vores solsystem? Er de cirkulære?” spørger Macintosh. Hvis vi får svarene på sådanne spørgsmål, kan det vise, om disse planeter er dannet på samme måde som verdenerne omkring vores sol eller via en anden proces – og dermed give endnu et fingerpeg om, hvorvidt planeter og systemer som vores eget er almindelige eller sjældne.