Multipla stjärnsystem hör inte till de vanligaste och att finna planeter i dem kan vara klurigt. Nyligen lyckades forskare genom ett gediget detektivarbete och kombinerad data från flera olika teleskop bekräfta ännu en exoplanet i ett system med tre stjärnor.
Planeten upptäcktes redan 2009, strax efter att NASA börjat undersöka himlen med hjälp av Keplerteleskopet, men det skulle ta fem år att få planetens faktiska existens bekräftad. Även om det inte är första gången en planet hittas i ett multipelt stjärnsystem så hör det till ovanligheterna. Dels är det enklare att finna planeter runt singelstjärnor, men det kan också bero på att det är svårare för planeter att bildas i multipla system. Det enda man med säkerhet vet är att ju fler stjärnor ett system består av, desto mer instabilt blir det.
Keplerteleskopets huvudsakliga uppgift var just den att leta efter jordliknande planeter inom sina respektive stjärnors beboeliga zoner och samla in statistik över hur många de kan vara. I fallet med den nu bekräftade planeten kikade Keplerteleskopet i riktning mot stjärnor i stjärnbilderna Svanen och Lyran. Där finns trippelstjärnesystemet KOI-5, bestående av de tre stjärnorna KOI-5 A, KOI-5 B och KOI-5 C på ett avstånd av cirka 1 800 ljusår härifrån. Stjärna A och B cirkulerar runt varandra på runt 30 år, medan den tredje stjärnan, C, som genom gravitation håller samman med de andra två, cirkulerar runt dessa ungefär vart 400:e år.
Ovanligare stjärnsystem
Trippelstjärnesystem uppfattas av forskarna idag som något mindre vanliga än till exempel dubbelstjärnor, men hur många trippelstjärnesystem som finns i vår galax är inte känt. Av de stjärnsystem vi känner till är 10 procent trippla. Ett dylikt system som KOI-5 är exempelvis Alfa Centauri vars tre stjärnor också kallas A, B och C och som Malcolm Fridlund, astronom Chalmers beskriver som följande:
– A är väldigt lik solen, B är en sol-typ stjärna som är lite mindre och kallare än solen och C är en röd dvärgstjärna i en bana runt de andra två och den har en okänd omloppstid som i vart fall är flera hundratusen år. Man letar fortfarande efter planeter runt A- och B-komponenterna och då och då hittar man någon kandidat, men hittills har ingen av dessa bekräftats.
Idag finns det nämligen bara en handfull bekräftade planeter runt trippelstjärnesystem. Att hitta planeter i system med fler än en stjärna är svårt, framförallt är det svårt att i slutändan verkligen bekräfta planetens existens.
– Detta beror på störningarna som stjärnorna introducerar genom till exempel radialhastighetsändringar som är mycket större än planeternas påverkan på systemet. Det är knepigt redan med två stjärnor och när det blir tre eller flera så blir det mycket knepigt, fortsätter Malcolm Fridlund.
Att bekräfta en planet
Därför är det extra läckert när forskarna börjar ägna sig åt äkta detektivarbete och faktiskt lyckas bekräfta dessa planeter, i det här fallet planeten som fått namnet KOI-5Ab.
Keplerteleskopet, som nu har avvecklats, hittade tidigt KOI-5Ab, men upptäckten lades åt sidan i takt med att allt fler mindre komplicerade planeter också sällade sig till upptäckterna. När Keplerteleskopets tjänstetid var över år 2018 hade forskarna med teleskopets hjälp hittat 2 394 bekräftade exoplaneter och ytterligare 2 366 vars existens fortfarande väntar på att fastslås. Det var också nu forskarna bestämde sig för att titta närmare på den lite märkliga potentiella planeten KOI-5Ab i trippelstjärnesystemet. Svårigheten var att fastslå om planeten var en felaktighet, en glitch från någon av stjärnorna, kanske en fjärde stjärna eller, om det faktiskt var en planet, vilken av stjärnorna den faktiskt cirkulerar kring.
Genom att kombinera och undersöka data från W. M. Keck-observatoriet och Gemini North-teleskopet på Hawaii samt Caltechs Palomar-observatoriet i San Diego kunde forskarna konstatera att KOI-5Ab faktiskt verkade cirkulera kring en av stjärnorna i systemet. Forskarna använde sig även av NASA:s nya planetjaktsverktyg TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). TESS letar efter exoplaneter genom att titta på den lilla dipp i ljus en stjärna får när en planet passerar framför den. Forskarna kombinerade också detta med en alternativ teknik som man vid Keck-observatoriet ofta använder för att följa upp upptäckten av eventuella exoplaneter på. Detta genom att man mäter den lilla rörelse en stjärna gör när en planet cirkulerar kring den. Det är nämligen inte bara planeten som påverkas av stjärnans gravitation, även stjärnan påverkas i en mycket liten, men mätbar, skala av planetens gravitation.
Genom att lägga samman slutsatserna från alla dessa mätningar kunde forskarna slutligen fastslå att planeten KOI-5Ab faktiskt existerar och att den rör sig runt systemets huvudstjärna, KOI-5A, som den passerar var femte dag.
Hur bildas dessa planeter?
KOI-5Ab är dessutom troligtvis en gasjätte, liknande Jupiter eller Saturnus i vårt solsystem. Men hur vanligt är det egentligen med planeter i multipla stjärnsystem?
– Det vet vi ju inte riktigt och de flesta exoplanetforskare plockar lågt hängande frukter, alltså planeter som är lättare att påvisa. Det är ju potentiellt viktigt att få en uppfattning om hur ofta planeter bildas runt dubbelstjärnor, trippelstjärnor och mer komplicerade system när man väl hittar dessa och ska bekräfta dem, säger Malcolm Fridlund. Teorin om exakt hur och varför planeter bildas är definitivt ett work in progress, men det har någonting att göra med hur rörelsemängdsmoment försvinner bort från en stjärna som bildas.
Det finns nämligen en enorm mängd energi lagrad i ett interstellärt gasmoln som plötsligt börjar dra ihop sig, troligtvis på grund av någon yttre påverkan. Exempelvis kan gasmolnet träffas av chockvågen från en supernova. Molnet drar då ihop sig och börjar rotera allt snabbare och snabbare och en ansamlingsskiva bildas runt det som ska bli en stjärna.
– Om inte detta hände skulle stjärnan brytas sönder när den når ”breakup speed”. Material i skivan kan då tänkas bilda ytterligare en eller flera stjärnor eller planeter. Det beror förmodligen på hur mycket gas och stoft det finns samt hur mycket rörelsemängdsmoment som är kvar, säger Malcolm Fridlund.
Som exempel kan nämnas vårt eget solsystem där 1 procent av massan finns i alla planeter och 99 procent i solen, men 99 procent av det totala rörelsemängdsmomentet finns i planeterna och bara 1 procent i solen.
Skev omloppsbana
Planeten KOI-5Ab är också speciell eftersom dess omloppsbana är sned i förhållande till hur stjärnorna rör sig i systemet. Planeten ligger som sagt i omloppsbana runt huvudstjärnan A, men inte i linje med omloppsbanan av stjärna B vilket annars vore naturligt om alla de inblandade himlakropparna bildats ur samma gasmoln, att de alltså borde röra sig längs med samma plan. En teori är att planeten tidigt i sitt bildande slungats ur sin bana från stjärna B vilket gjort dess omloppsbana sned och fått den att migrera inåt.
– Planeter och stjärnor i multipla system tenderar att alla ligga i samma banplan, detta på grund av rörelsemängdsmomentets bevarande, förklarar Malcolm Fridlund. I vårt eget solsystem har vi exempelvis problem med att få en satellit att gå vinkelrätt upp ovanför planeternas banplan eftersom våra raketer inte har kraft nog.
Malcolm Fridlund nämner ESA:s sond Ulysses som exempel på detta. Ulysses skulle observera solens polregioner, men fick skickas ut till Jupiter först. Genom att rikta den precis rätt över Jupiters sydpol kunde man vrida satellitens bana 90 grader så att den därefter kom i rätt riktning och passerade över solens nordpol och ett par år senare även över solens sydpol.
– Detta var alltså med en satellit som väger 1000 kilo! Skall man få en hel planet att göra detsamma, ”skeva till” omloppsbanan, behöver man ha en hel planet eller stjärna som passerar nära den förstnämnda planeten och överför moment till den, säger Malcolm Fridlund.
Det kommer helt klart krävas mer efterforskning för att komma till botten med KOI-5Ab:s hemligheter, men hittills har detta var ett ovanligt lyckat detektivarbete i forskningsvärlden. Arbetet har framförallt påvisat hur viktigt det är att kunna kombinera data från rymdbaserade teleskop men också markbaserade.
Källa:
NASA – Planetery sleuthing finds triple star world
Resultaten av forskningen är ännu inte publicerade i en fackgranskad tidskrift, men presenterades på konferensen237th meeting of the American Astronomical Society som hölls 10 – 15 januari i år.
Om du vill läsa David Ciardis (chefsforskare vid NASA:s Exoplanet Science Institute) abstract för presentationen, KLICKA HÄR.
