Nya rön i jakten på planeter vid Alfa Centauri

I en nyligen publicerad studie presenteras observationer från jätteteleskopet Very Large Telescope av vår närmsta granne utanför solsystemet, Alfa Centauri. Ny teknik kombinerat med det ”korta” avståndet gör det möjligt för astronomerna att skåda rakt in i de inre delarna av möjliga planetsystem kring stjärnorna i systemet. Det syns något i bilderna men det är oklart om det är en artefakt från teleskopet eller något reellt.

Observationerna har gjorts av ett stort lag astronomer, ledda av Kevin Wagner vid institutionen för astronomi och Steward-observatoriet på Univeristy of Arizona i USA, och inom initiativet NEAR (”New Earths in the Alpha Cen Region” som ungefär betyder ”nya jordar i Alfa Centauri-regionen”). De nyttjar jätteteleskopen VLT (Very large Telescope) som står i Chile, och det nya mätinstrumentet VISIR (”VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared” som betyder ”VLT:s kamera och spektrometer för infrarött ljus”) för ett leta efter planeter i Alfa Centauris beboeliga zoner. Observatoriet VLT består av fyra stycken teleskop med en spegel på 8,2 meter i diameter vardera, samt fyra stycken mindre hjälpteleskop. Både NEAR och VISIR har skrivits om tidigare på Populär Astronomi.

Alfa Centauri är ett känt system. Astronomer har länge letat efter planeter kring stjärnorna i systemet och 2016 hittades en planet runt systemets minsta stjärnan, Proxima Centauri. Frågan var om den är beboelig eller ej men Proxima är en röd dvärgstjärna och känd för starka utbrott som kan sätta käppar i hjulen för sådana möjligheter. Alfa Centauri består alltså egentligen av tre stycken stjärnor, Alfa Centauri A som är en solliknande stjärna, Alfa Centauri B som är aningen svalare och mindre än solen, samt Proxima Centauri som är en röd dvärgstjärna och är den stjärna som faktiskt är närmst solsystemet. Avståndet till alla stjärnor i systemet ligger på runt 4,3 ljusår.

Den beboeliga zonen är det område runt en stjärna där en jordliknande planet (jordlik storlek och atmosfär) blir varm nog för att ha flytande vatten på sin yta. Hur stort området är beror bland annat på hur varm stjärnan som den ligger runt är. Solens beboeliga zon finns ungefär mellan avstånden 0,9 och 1,5 astronomiska enheter från solen (en astronomisk enhet är jordens medelavstånd till solen). Eftersom Alfa Centauris två huvudstjärnor är så pass lika solen så innebär det att stjärnornas beboeliga zoner är ungefär lika stora som solens, det vill säga runt en astronomisk enhet. Med den kunskapen och att stjärnorna ligger nästan 4,3 ljusår bort så kan man räkna ut att deras beboeliga zoner upptar en vinkel på drygt en bågsekund i ett teleskop! En bågsekund är, i sin tur, ungefär en 3600-del av en grad. Det är en rätt liten vinkel men för moderna teleskop är detta, och mindre, vanliga upplösningar.

Kruxet med att se exoplaneter (extrasolära planeter, planeter kring en annan stjärna än solen) i en beboelig zon är bara att en stjärna lyser fruktansvärt starkt och en planet är fruktansvärt liten och mörk i jämförelse. Vill man fotografera en planet så nära en stjärna som inom en bågsekund så kommer hela bilden bli överexponerad av det starka stjärnljuset. Det blir som att fotografera ett sandkorn som ligger på en bils strålkastare med helljuset på. Det går att lösa detta men faktum är att de få exoplaneter som har fångats på bild än så länge alltid har varit planeter som är större än Jupiter och som ligger väldigt långt från sina stjärnor i väldigt unga planetsystem. I unga planetsystem är planeter varmare och de är därför också lättare att se i ett teleskop som ser infrarött ljus (värmestrålning).

Det finns två trick som går hand i hand för ett se exoplaneter i närheten av en stjärna. Det ena är att observera i infrarött ljus då solliknande stjärnor lyser svagare i det ljuset än i synligt ljus, samtidigt som exoplaneter (speciellt de som ligger inom beboeliga zoner) lyser som starkast i infrarött ljus. Det andra är att man försöker släcka ut ljuset från stjärnan med hjälp av interferens. I infrarött ljus är det på det viset lättare att släcka ut en stjärna än i synligt ljus och det nya mätinstrumentet VISIR på VLT är byggt för att kunna göra detta.

Sammanlagt observerades stjärnorna Alfa Centauri A och B med VLT i 100 timmar utspritt under 19 nätter mellan 23 maj och 11 juni 2019. Data från 77 av de observerade timmarna var användbara och resterande hade problem med väder och mätinstrument. Den långa exponeringstiden gör att de når en noggrannhet som gör en exoplanet av minst Saturnus storlek synlig i Alfa Centauri A:s beboeliga zon, samt en exoplanet av minst Jupiters storlek synlig i Alfa Centauri B:s beboeliga zon. Dessutom skulle en exoplanet av minst Neptunus storlek kunna vara synlig i Alfa Centauri A:s beboeliga zon om den är ovanligt varm. Detta kanske inte låter imponerande men det är första gången någonsin ett teleskop har lyckats nå den noggrannhet som krävs för att kunna se exoplaneter av dessa storlekar såpass nära sina stjärnor!

Nu är det så att det syns en värmekälla i Alfa Centauri A:s beboeliga zon men här behövs väldigt stora brasklappar mot att dra för stora växlar. Det finns många möjliga förklaringar till en sådan källa, varav ett riktigt objekt runt Alfa Centauri A är en.

En möjlighet är att det är ett objekt långt bortom Alfa Centauri som råkade ligga på siktlinjen med stjärnorna, till exempel en väldigt avlägsen galax. Avlägsna galaxer syns nämligen också bra i infrarött ljus. Detta kan de dock säkert säga inte är fallet tack vare tidigare observationer.

En annan möjlighet är att det är ett systematiskt fel från själva teleskopet och dess instrumentering. Signalen de har fått in är alltså inte stark nog för att utesluta sådana felkällor. Nu har de inte kunnat hitta något systematiskt fel som skulle kunna ge upphov till en sådan signal, men de kan inte heller utesluta detta.

Är det ett riktigt objekt runt Alfa Centauri A så finns det två spännande möjligheter. Antingen är det en exoplanet, eller stoft från kometer och asteroider kring stjärnan.

Stoftmoln runt stjärnor är vanliga. Runt solen finns det ett som kallas för det Zodiakala molnet och sträcker sig ungefär från asteroidbältet inåt mot solen. Stoftet kommer från att asteroider krockar och smular sönder varandra till små sandkorn, och från svansar från kometer. Sådant stoft har astronomer sett runt andra stjärnor, men runt Alfa Centauri har bara möjliga övre gränser blivit satta. Om värmestrålningen som syns här vore från sådant stoft skulle det motsvaras av runt 60 gånger mer stoft än i solsystemets egna Zodiakala moln. Detta är ovanligt mycket för en stjärna av Alfa Centauri A:s storlek och ålder, men det finns andra stjärnor som har flera hundra gånger mer stoft kring sig än solen.

Är det en exoplanet så motsvaras dess storlek av något mellan Neptunus och Saturnus. Exoplaneten borde ligga ungefär 1,1 astronomiska enheter från Alfa Centauri A, det vill säga ganska djupt inne i dess beboeliga zon. En detalj som talar för detta är just att källan är avlång och utdragen, såsom en exoplanet på det avståndet skulle kunna bli i en bild som tagit 19 nätter att fånga. Dock så har tidigare observationer av Alfa Centauri samtidigt uteslutit exoplaneter som är tyngre än 53 gånger jordens massa (som jämförelse väger Saturnus ungefär lika mycket som 95 stycken jordar).

Det viktiga är att poängtera att detta inte är en bekräftad detektion. Det studien visar är att det är möjligt att direkt se större exoplaneter i närheten av sin stjärna med denna nya teknik och såvida stjärnan inte ligger för långt bort.

En legitim fråga här är; ”varför är en exoplanet kring Alfa Centauri så spännande jämfört med de fler än 4300 exoplaneterna som redan upptäckts runt andra stjärnor?” Just att Alfa Centauri ligger så nära gör systemet spännande. Det gör det möjligt att ta bilder av ett planetsystem här och att göra djupa detaljstudier av planeter, om de finns här. Ett exempel är att mäta vad som finns inom möjliga planeters atmosfärer. Sådana detaljerade studier är möjliga men svåra att göra hos mer avlägsna planetsystem. Sedan finns såklart den spännande möjligheten att i framtiden skicka dit små sonder med hjälp av solsegel såsom Breakthrough Starshot föreslår.