Oktober innebär Nobelpris och som bekant gick fysikpriset 2019 till astronomer! Det tvådelade priset gick dels till Jim Peebles för hans arbete inom kosmologi och universums expansion, och till duon Michel Mayor och Didier Queloz för att 1995 ha upptäckt den första planeten runt en annan stjärna som liknar solen, närmare bestämt exoplaneten 51 Pegasi b som sedan 2015 också heter Dimidium.
Själv minns jag detta väl. Jag var tio år gammal 1995 och var, som så många andra barn, väldigt intresserad av rymden. Exoplanetupptäckterna som då började flöda in gjorde att mitt astronomiintresse bara blev starkare med just exoplaneterna som ett specialintresse. Upptäckten öppnade dammportarna för ett nytt forskningsfält och i skrivande stund kan man hitta data för 4122 bekräftade exoplaneter på nätet! (Se t.ex. http://exoplanet.eu/.)
Detta är såklart spännande och den forskningen kan man läsa mer av i till exempel Chalmersastronomen Carina Perssons artikel hos Forskning och Framsteg, eller Alarik Haglunds i Populär Astronomi 2019/3. Men jag vill istället prata om forskningen och upptäckterna innan den första exoplaneten. Det förminskar inte årets Nobelpris, men det är ett bra exempel på hur forskning faktiskt är ett sakta och gediget trevande arbete innan det är möjligt att slå på stora trumman med de nya upptäckterna. Nobelpristagarnas namn förekommer såklart även där. Så med risk för en lite tyngre text än vanligt ska vi genast dyka tillbaka till 1980-talet.
Planeten hos Polstjärnans efterträdare
Såvitt jag kan finna började den moderna jakten efter exoplaneter redan 1981 då Bruce Campbell på University of Victoria och Gordon Walker på University of British Columbia (båda i Kanada) ledde ett arbete för att utveckla och testa nya metoder för att mäta stjärnors rörelser.
Noggrannheten de uppnådde var mer än nog för att kunna se rörelser hos stjärnor som är på grund av närliggande gasjättar (planeter som Jupiter och tyngre, se radialhastighetsmetoden). Och faktiskt, 1988 hittade de något från dubbelstjärnan γ (Gamma) i stjärnbilden Cepheus. Den kallas även Errai och ligger så nära himlens nordpol att den beräknas ta över som polstjärna om några tusen år.
Allt tydde på att en himlakropp motsvarande minst 1,7 gånger tyngre än Jupiter rörde sig runt huvudstjärnan i systemet på 2,7 år. Idag har planeten därför fått beteckningen Gamma Cephei Ab och namnet Tadmor. Men forskarna var försiktiga och när de studerade stjärnan mer noggrant märkte de att den kan variera på ett vis som liknar signaturen för planeten och de drog tillbaka upptäckten 1992. Inte förrän 2003 bekräftades planeten (av ett forskarlag där Walker ingick). Dock så är Gamma Cephei A inte så lik solen då det är en röd jättestjärna.
Brun dvärg eller planet?
1992 presenterade David Latham vid Harvard-Smithsonian-centret för astrofysik i USA och kollegor (där Nobelpristagaren Michel Mayor ingår) mätningar av stjärnan HD 114762 i stjärnbilden Berenikes hår. Stjärnans rörelser tydde på att det kretsar en himlakropp med en omloppstid på 84 dagar och en massa på minst 13 gånger Jupiters massa runt den. Vid den här tiden var inga så här tunga planeter kända och massan hos planeter som hittas med radialhastighetsmetoden är tyvärr ofta en stor osäkerhet. Därför presenterade laget detta som en trolig brun dvärg, det vill säga en stjärna som inte kunde starta kärnreaktioner i sitt centrum. Det kan nämnas att ingen hade hittat några bruna dvärgar vid den här tiden och därför var även detta rafflande. Men idag klassas den som en planet och den listas i exoplanetdatabaser med namnet HD 114762 b. Till kråksången hör att stjärnan är en rätt så solliknande stjärna. Planetens exakta natur diskuteras fortfarande. Med hjälp av mätningar från rymdteleskopet Gaia drar astronomen Flavien Kiefer slutsatsen att planeten i själva verket är en liten stjärna, det vill säga en röd eller brun dvärg. Mer lär komma.
Pulsarplaneterna Draugr, Poltergeist och Phobetor
Apropå annorlunda stjärnor så kom 1992 en väldig överraskning. Den polska astronomen Alex Wolszczan och hans kollega Dale Frail använde det gigantiska radioteleskopet i Arecibo på Puerto Rico för att observera pulsaren PSR B1257+12. En pulsar är en neutronstjärna, alltså resterna från en tung stjärna som har dött med en kraftig supernovaexplosion (vi har skrivit om pulsarer tidigare). De är extremt små, extremt täta, har extremt starka magnetfält och roterar extremt snabbt. Just PSR B1257+12 roterar runt sig själv på blott 0,0062 sekunder! Detta kan man mäta tack vare dess starka magnetfält som gör att stjärnan syns som något som pulserar i teleskop. Det var på grund av variationer i dessa pulser som de lyckades utröna att där finns planeter som inte är mycket tyngre än jorden! Sammanlagt hittade de tre planeter som har fått namnen: Draugr (0,02 gånger jordens massa), Poltergeist och Phobetor (båda runt fyra gånger jordens massa). Dessa är alltså de första stenplaneterna som blivit upptäckta runt en annan stjärna, samt de enda stenplaneterna man kände till på nästan 20 år.
Fler felsteg, men ännu fler nya upptäckter
Dessa tre olika exempel är nog de mest kända exoplaneterna från denna era och det finns fler som jag inte har nämnt här. Dessutom är det lätt att stirra sig blind på de fall som visade stämma när man förkovrar sig i vetenskapshistoria. Det är inte lika lätt att fokusera på de fall där man trodde sig ha hittat en planet men det visade sig vara något annat, på engelska en ”false positive”. Är man extra intresserad kan jag hänvisa till astronomen Jason Wrights blog, som delvis var inspirationskälla för denna artikel, och hans fackliga artikel som går att hitta här.
Ett problem i början av exoplanetforskningen var nog förutfattade meningar. Det enda planetsystem vi kände till var just solsystemet och det stod som modell för hur man trodde att planetsystem bildas. Effekten blev att man trodde att planetsystem troligast har en liknande konfiguration. Det vill säga att det finns små steniga planeter nära stjärnan och stora gasjättar liknande Jupiter finns långt ut i planetsystemet. Tanken var att gasjättar inte kan bildas nära sin stjärna för så nära stjärnan fanns för lite material för att en gasjätte ens ska bli till. Därför var det en överraskning att man hittade stora gasjättar som låg väldigt nära sina stjärnor.
Nobelprisplaneten, Dimidium (51 Pegasi b), är till exempel en gasjätte nära sin stjärna, en så kallad het jätte (eller het Jupiter). Det visade sig att i den miljö som råder där planeter bildas är inte omloppsbanorna låsta. En planet kan vandra närmre, eller längre bort, från sin stjärna medan den bildas! Det är bara en överraskning av många som vi fått tack vare att vi började upptäcka exoplaneter.
