Främmande världar – det vet vi om andra solsystem

Fram till 1995 förväntade sig de flesta astronomer att andra planetsystem skulle likna vårt eget. Närmast stjärnan kretsar små och steniga planeter, som Merkurius, Venus, jorden och Mars. Längre ut skulle det finnas jättelika gasplaneter, som Jupiter och Saturnus, och gasrika isjättar som Uranus och Neptunus.

När den första planeten utanför vårt eget solsystem upptäcktes 1995 blev forskarna förbluffade.

– Det var en total chock, säger Carina Persson, exoplanetforskare vid Chalmers tekniska högskola.

Planeter utanför vårt eget solsystem kallas exoplaneter (av grekiskans exo, yttre). Den som upptäcktes 1995 var en gasjätte, men befann sig obegripligt nära sin stjärna – mindre än en sjundedel av avståndet mellan solen och Merkurius. En sådan planet brukar numera kallas för en het Jupiter.

Antalet bekräftade exoplaneter har nyligen nått över 5 000. Ändå känner forskarna inte till något stjärnsystem som liknar vårt eget.

Det beror på att instrumenten ännu inte är känsliga nog för att kunna hitta ett sådant system.

– Vi är inte där än. Men vi jobbar på det, säger Carina Persson.

Hon berättar om det kommande rymdteleskopet Plato, som enligt planen ska sändas upp om mindre än fem år. Plato är det första teleskop som ska vara känsligt nog att hitta jordliknande planeter i banor som liknar jordens, även kring stjärnor av solens typ.

Det är inte lätt att upptäcka planeter kring fjärran stjärnor. Tricket för att hitta den första exoplaneten var att titta efter hur stjärnan vickar lite fram och tillbaka på grund av gravitationen från en planet som kretsar omkring den. Det här kallas för radialhastighetsmetoden.

Med den här metoden är det lättast att hitta stora planeter nära sina stjärnor. Stora planeter ruckar mer på sin stjärna än vad små planeter gör – tänk på hur ett par som svänger runt i en polska vrider sig runt en gemensam tyngdpunkt mellan sig, medan en vuxen som svänger ett barn runt sig kan stå nästan stilla som navet i en karusell. Allra mest vickar en riktigt liten stjärna med en mycket stor planet.

Den andra viktiga metoden för att hitta exoplaneter kallas passagemetoden. Den går ut på att se skuggan av en planet när den passerar framför sin stjärna. Även denna metod fungerar bäst på stora planeter nära stjärnan.

Ju närmare planeten befinner sig sin stjärna, desto kortare tid tar det också att göra ett varv. Det gör det lättare att observera flera varv och bekräfta att planeten faktiskt finns, så att inte det som verkade vara en upptäckt visar sig vara någon tillfällig störning som imiterade effekten av en planet.

Eftersom de planetsystem som är lättast att upptäcka är ganska extrema har det till att börja med varit svårt att förstå hur de ens kunde ha uppstått. Nya upptäckter som ändrar förståelsen av hur planeter bildas görs hela tiden.

Nu är så många exoplaneter kända att det börjar gå att göra statistiska studier. Men forskare vill också veta så mycket som möjligt om enskilda planeter. För att skilja mellan stora stenplaneter och mindre gas- och isplaneter behöver de bedöma densiteten. Då behövs mätningar av både radien och massan. (Läs mer i Jakten på exoplaneter har bara börjat, F&F 10/2019.)

Kring varje stjärna finns ett intervall av avstånd som brukar kallas den ”beboeliga zonen”. Det är där det är lagom varmt för att en planet skulle kunna ha flytande vatten på ytan. Det är intressant om vi vill förstå var det finns förutsättningar för liv. Begreppet är omtvistat, särskilt kring de ettriga små röda dvärgstjärnorna, som har aktiva stjärnatmosfärer med kraftiga utbrott som kan vara förödande för närbelägna planeter.

Den första exoplanet som upptäcktes var en riktigt stor planet som kretsade väldigt nära sin stjärna. En gasjätte med bara några dagars omloppstid, det var något helt oväntat. I vårt eget solsystem är det Merkurius som är närmast solen, en liten stenplanet, och den tar 88 dygn på sig att kretsa ett varv.

Stora planeter nära sin stjärna är de lättaste att upptäcka. Små planeter på relativt stort avstånd, som jorden kring solen, kan astronomernas instrument fortfarande inte upptäcka kring andra stjärnor.

Solens allra närmaste grannstjärna, Proxima Centauri, är en röd dvärgstjärna. Sådana stjärnor är små och svala, men har en orolig yta med många utbrott och stark röntgenstrålning.

Omkring den kretsar troligen minst tre planeter. Den som först upptäcktes, Proxima Centauri b, är en stenig planet och befinner sig faktiskt i det som teoretiskt sett skulle kunna vara den beboeliga zonen. Tyvärr finns det många argument för att strålningen och stjärnvinden från dess stjärna borde ha förstört den atmosfär som kan ha funnits. Planetens rotation är troligen bunden, så att den alltid vänder samma sida mot stjärnan – i så fall är den stekhet på ena sidan och kall på den andra.

I samma system finns ytterligare två planetkandidater, som ännu inte blivit helt bekräftade. Proxima Centauri c tycks vara en kall planet på större avstånd från sin stjärna än jordens avstånd från solen. Proxima Centauri d upptäcktes helt nyligen mycket nära sin stjärna. Den tycks vara en av de minsta exoplaneter som hittills har hittats.

De flesta stjärnor är bundna till en annan stjärna, ibland flera. De kretsar tillsammans kring sin gemensamma tyngdpunkt. De flesta exoplaneter har upptäckts i system med bara en stjärna. Det kan bero på att det är lättare att söka efter planeter i sådana system, men det kan också bero på att planeter lättare bildas där.

Nyligen upptäcktes en planet i ett trippelstjärnesystem. Planeten har alltså tre solar. Den kretsar mycket nära en av stjärnorna, A, som alltså helt dominerar himlen. Sedd från planeten ser den näst närmaste stjärnan, B, ut ungefär som vår sol skulle se ut från Saturnus i det yttre solsystemet. Den tredje stjärnan, C, är både mindre och längre bort och ser därför ut mer som en mycket ljus stjärna, kanske som Venus på morgonhimlen här på jorden.

Det egendomliga med detta stjärnsystem är att planeten inte kretsar kring sin stjärna i samma plan som stjärnorna kretsar kring varandra. Dess bana ligger alltså på tvären i systemet. Det kan hända att dess bana har vridits på grund av påverkan från den näst närmaste stjärnans gravitation.

Det är kanske inte så förvånande att en gasplanet väldigt nära en stor stjärna blir deformerad av gravitationen. Det speciella är att det går att urskilja från jorden. Med hjälp av rymdteleskopet Cheops har forskare kunnat avgöra att planeten WASP-103b är utsträckt i formen, lite som en rugbyboll. Det är första gången en sådan deformering gått att mäta. Det hjälper astronomerna att avgöra hur planeten är sammansatt – antagligen är den lik Jupiter och består mestadels av gas med en liten fast kärna i mitten.

Den 21 augusti 2012 tycktes en viss stjärna under kort tid lysa lite starkare än vanligt. Det här noterades av en forskargrupp som arbetar med att söka efter planeter som seglar runt i rymden på egen hand, utan att höra ihop med ett stjärnsystem.

Man skulle kunna tro att en planet som rör sig framför en stjärna skulle förmörka den, precis som är fallet med passagemetoden – men när planeten är mycket närmare oss än vad stjärnan är kan i stället dess gravitation fungera som en liten lins, som samlar in ljus och fokuserar ihop det. Det finns stora gravitationslinser i rymden, som består av stjärnhopar eller galaxer, eller rent av hela galaxhopar – i kontrast mot dem kallas effekten från planeter för mikrolinsning.

Just den här planeten beräknades vara väldigt liten, kanske rent av i jordens storlek – men det beror på hur långt bort den är. Avståndet är väldigt svårt att bestämma.

Det finns antagligen väldigt många planeter som vandrar fritt på detta sätt. OGLE-2012-BLG-1323 är antagligen den minsta som upptäckts hittills. Hur många som finns vet ingen. 2021 upptäcktes en grupp med minst 70 sådana hemlösa planeter i ett område med mycket stjärnbildning som överlappar med skorpionens och ormbärarens stjärnbilder. Det är svårt att bestämma det exakta antalet eftersom det inte är så lätt att skilja mellan de allra minsta stjärnorna, bruna dvärgstjärnor, och stora planeter. Unga och nybildade planeter är också varma.

Några forskare som driver podden Exocast har sedan några år tillbaka varje år hållit en omröstning om årets exoplanet. Det är en sorts popularitetstävling för planeter, där folk får nominera och rösta. De flesta engagerade i detta är själva exoplanetforskare. Förra årets vinnare är en mycket ung planet, PDS 70b, som fortfarande håller på att bildas. Eftersom den är ny och inte har hunnit svalna är den mer än 1 200 grader varm, trots att den befinner sig ganska långt från sin stjärna.

PDS 70b upptäcktes inte genom någon av de vanligaste metoderna, utan i stället genom direkt avbildning – astronomer lyckades se planeten i teleskopbilder. Av de drygt 5 000 kända exoplaneterna är det mindre än 200 som har upptäckts på detta sätt.

Planeten tycks också ha samlat på sig en egen skiva eller ring med material, som skulle kunna vara på väg att bilda månar.