För första gången någonsin har forskare lyckats ta bilder av flera planeter som snurrar runt en annan solliknande stjärna. Men trots att dess stjärnvärds likhet med vår egen stjärna avslöjar ögonblicksbilderna av detta planetsystem att det inte är något som liknar vårt hem.
Stjärnan heter TYC 8998-760-1 och ligger cirka 300 ljusår från jorden i stjärnbilden Musca och har en massa som liknar solens. Dess två kända planeter är dock tydligt främmande – de kretsar kring sin stjärna på ungefär 160 respektive 320 gånger avståndet mellan jorden och solen (avstånd som är ungefär fyra respektive åtta gånger större än Plutos avstånd från vår sol). Båda världarna är superstora jämfört med allt annat i vårt solsystem. Den yttersta planeten är ungefär sex gånger tyngre än Jupiter, och den innersta har 14 gånger Jupiters massa. Var och en av världarna syns som en liten prick runt stjärnan i bilder från instrumentet Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, eller SPHERE, som är placerat på European Southern Observatory’s Very Large Telescope i norra Chile. Resultaten beskrivs i detalj i en studie som publicerades den 22 juli i Astrophysical Journal Letters.
”Det verkligt fascinerande med det här arbetet är att det fortsätter att öka den enorma mångfalden av vilka system och planeter som finns där ute, som kretsar kring alla möjliga sorters stjärnor”, säger Rebecca Oppenheimer, en astrofysiker vid American Museum of Natural History i New York City, som inte var involverad i studien. ”Det finns ingen enhetlig ”arkitektur” för ett planetsystem.”
Den nya studien är bara den tredje gången som forskare har lyckats ta bilder av – eller ”direkt avbilda” – flera världar som kretsar kring en enda stjärna. Men dessa tidigare observerade system låg runt stjärnor som antingen var mycket tyngre eller lättare än solen, vilket gör dem mindre jämförbara med vårt solsystem. Direkt avbildning är fortfarande en sällsynthet när det gäller studiet av världar utanför vårt planetära grannskap. Den stora majoriteten av exoplaneterna i astronomernas kataloger är kända enbart på ett mer indirekt sätt: de avslöjar sin närvaro och sina mest grundläggande egenskaper – massa, storlek och omloppsbana – genom att periodvis dra åt sina värdstjärnor, eller genom att de syns mot dem, sett från jorden. Att direkt avbilda exoplaneter är viktigt, säger Alexander Bohn, astrofysiker vid Leiden University i Nederländerna, som lett studien, eftersom vi genom att ta emot ljus från planeterna bättre kan karakterisera atmosfären och dess grundämnesförråd och sammansättning. Den informationen gör det i sin tur möjligt för forskarna att göra mer kvalificerade gissningar om hur miljöförhållandena i en främmande värld skulle kunna se ut – och om den i likhet med jorden skulle kunna hysa liv.
Ingen överväger dock att skapa liv på någon av de två nyligen avbildade världarna. Förutom att de är uppblåsta gasjättar i kyliga banor utan några meningsfulla ytor som organismer skulle kunna bo på, är de och deras stjärna mycket yngre än vår sol och planeterna runt den. ”Själva systemet är 17 miljoner år ,” säger Bohn. ”Och vårt solsystem är 4,5 miljarder år .” Även om de skulle ha beboeliga förhållanden skulle varje världs relativt nyfödda status inte ge mycket tid för biologi att uppstå ur kemins nyckfullhet. Och även om planeternas storlek och ungdom gör dem till dåliga kandidater för liv som vi känner till det, är det just dessa egenskaper som gör att astronomer för närvarande kan se dem överhuvudtaget, på grund av det kraftiga infraröda skenet som de avger som överbliven energi från sin bildning. Mindre, äldre och mer friska världar som befinner sig närmare sina stjärnor är fortfarande utom räckhåll för de nuvarande planetavbildarna. Men de kan så småningom avslöjas med hjälp av kraftfullare instrument i gigantiska teleskop. Redan tre extremt stora teleskop (ELT) – markbaserade observatorier med speglar i storleksordningen 30 meter i diameter – närmar sig sitt slutskede i utvecklingen. Och astronomer bedriver en intensiv lobbyverksamhet för att NASA eller andra rymdorganisationer ska lansera ännu mer ambitiösa rymdteleskop för planetbilder under de kommande årtiondena.
Trots detta ”är vi otroligt långt ifrån att ta bilder av planeter av jordstorlek”, säger Bruce Macintosh, astrofysiker vid Stanford University och huvudansvarig för Gemini Planet Imager – ett annat instrument som tillsammans med SPHERE representerar den senaste tekniken när det gäller att ta bilder av exoplaneter. ”Med nuvarande teknik kan vi se en planet som är ungefär en miljon gånger svagare än stjärnan. Det är fantastiskt. Men till och med Jupiter – den största världen i vårt solsystem – är en miljard gånger svagare än solen.”
Oavsett om en målplanet bredvid en ljusstark stjärna är en gigantisk gasformig klot eller en mer jordliknande sten, säger Bohn, är det att observera den som att betrakta ”en eldfluga alldeles intill en fyr, som kanske är en meter bort”. Du vill se denna lilla eldfluga och du är 500 kilometer bort. Detta är i princip den utmaning som vi har att göra med.” För att samla in det extremt svaga ljuset från en värld, jämfört med dess stjärna, använder SPHERE och de flesta andra planetavbildningsinstrument en anordning som kallas coronagraph, som blockerar nästan allt stjärnans ljus – vilket effektivt dämpar bländningen från ”fyren” så att närliggande planetariska ”eldflugor” kan ses.
Förutom mer nyanserade detaljer om en viss värld kan sådana bilder avslöja andra underverk – och ge upphov till nya viktiga mysterier – som är centrala för teoretikernas fortfarande begynnande förståelse av exakt hur planetsystem uppstår och utvecklas. I det nyligen avbildade systemet ”bildades båda planeterna runt samma stjärna och är lika gamla, men den ena är dubbelt så massiv som den andra”, säger Macintosh, som inte var inblandad i studien. ”Genom att jämföra deras egenskaper kan vi se hur planeternas massa påverkar deras utveckling.” Vidare, tillägger han, kan senare bilder av systemet avslöja mer om planeternas banor – och till och med förekomsten av ännu osynliga världar. ”Är de inriktade på samma sätt som planeternas banor i vårt solsystem är inriktade? Är de cirkulära?” frågar Macintosh. Om man lär sig svaren på sådana frågor kan det visa om dessa planeter bildades på samma sätt som världarna runt vår sol eller genom någon annan process – och därmed ge ytterligare en antydan om huruvida planeter och system som vårt eget är vanliga eller sällsynta.