Kan detta vara Jordens framtid vi ser i detta solsystem

 

Bild https://snl.no/Armageddon «Armageddon», oljemaleri av Joseph Paul Pettit (1812–1882).

Joseph Paul Pettit/York Art Gallery.

Lisens: Falt i det fri (Public domain)

Upptäckten av en jordliknande planet 4 000 ljusår bort i galaxen Vintergatan ger en försmak av ett möjligt öde för Jorden miljarder år in i framtiden då solen har förvandlats till en vit dvärgstjärna och en frusen jord har vandrat bortom Mars omloppsbana.

Det avlägsna planetsystem, som identifierades av astronomer vid University of California, Berkeley, efter observationer med Kecks 10-metersteleskop på Hawaii, liknar mycket det öde som antas drabba Jorden. Systemet består av en vit dvärgstjärna ungefär hälften så stor som solen med en planet av Jordens storlek i en omloppsbana som är dubbelt så stort som jordens omloppsbana runt vår sol i dag.

Vår sol kommer så småningom att blåsa upp sig som en röd ballong som är större än jordens omloppsbana idag och uppsluka Merkurius och Venus i processen. När solen expanderar och blir en röd jätte kommer dess minskande massa att tvinga planeter att migrera till mer avlägsna omloppsbanor vilket ger jorden en liten möjlighet att klara sig. Processen beror på en minskad gravitation från solen (obs allt är teori det är fullt möjligt att solen slukar även Jorden)). Så småningom kommer de yttre lagren av den röda jätten att blåsas bort och lämna efter sig en tät vit dvärg som inte är större än en planet, men med en massa som en stjärna. Om jorden har klarat sig till dess kommer den förmodligen att hamna i en omloppsbana som är dubbelt så lång som den nuvarande.

Så småningom, om cirka 8 miljarder år, kommer solens yttre lager att ha skingrats och lämnat efter sig ett tätt, glödande klot – en vit dvärg – som är ungefär hälften av solens massa, och mindre i storlek än jorden.  "Vi har för närvarande inte en konsensus om huruvida jorden skulle kunna undvika att uppslukas av den röda jättesolen om 6 miljarder år", beskriver studiens ledare Keming Zhang, tidigare doktorand vid University of California, Berkeley, som nu är Eric and Wendy Schmidt AI in Science postdoctoral fellow vid UC San Diego.

"I vilket fall som helst kommer planeten jorden bara att vara beboelig i ytterligare cirka en miljard år, då jordens hav kommer att förångas av den skenande växthuseffekten – långt innan risken att slukas av den röda jätten." "Huruvida liv kan överleva på jorden under den (röda jätten) perioden är okänt.

Men det intressanta  är om  jorden inte slukas av solen när den blir en röd jätte, beskriver Jessica Lu, docent och ordförande i astronomi vid UC Berkeley. Det här systemet som Keming hittat är ett exempel på en planet – förmodligen en jordliknande planet som ursprungligen låg i en liknande omloppsbana som jorden och som klarade sin sols röda jättefas, beskriver Keming. Det avlägsna planetsystemet, som ligger nära utbuktningen i mitten av vår galax, uppmärksammades av astronomer 2020 när det passerade framför en mer avlägsen stjärna som förstorade stjärnans ljus med en faktor 1 000. Systemets gravitation fungerade som en lins för att fokusera och förstärka ljuset från bakgrundsstjärnan. Så kallade gravitationslinsning. 

Teamet som upptäckte denna "mikrolinsningshändelse" döpte den till KMT-2020-BLG-0414 den upptäcktes av Korea Microlensing Telescope Network på södra halvklotet. Förstoringen av bakgrundsstjärnan – som också finns i Vintergatan, cirka 25 000 ljusår från jorden – var fortfarande bara ett nålstick av ljus. Variationen i intensitet under ungefär två månader gjorde det möjligt för teamet att uppskatta att systemet innehöll en stjärna med ungefär hälften av solens massa och en planet med en massa som var ungefär 17 gånger Jupiters – troligen en brun dvärg. Bruna dvärgar är misslyckade stjärnbildningar, med en massa som är precis mindre än den som krävs för att antända fusion i kärnan.

Analysen kom också fram till att den jordliknande planeten låg mellan 1 och 2 astronomiska enheter från stjärnan – det vill säga ungefär dubbelt så långt som avståndet mellan jorden och solen. Det var oklart vilken typ av stjärna det rörde sig om eftersom dess ljus försvann i skenet från den förstorade bakgrundsstjärnan och några närliggande stjärnor.

För att identifiera typen av stjärna såg Zhang och hans kollegor, inklusive UC Berkeley-astronomerna Jessica Lu och Joshua Bloom, närmare på mikrolinssystemet 2023 med hjälp av Keck II 10-metersteleskopet på Hawaii, som är utrustat med adaptiv optik för att eliminera oskärpa från atmosfären. Eftersom de observerade systemet tre år efter gravitationlinsningen hade bakgrundsstjärnan förstorats 1 000 gånger blivit tillräckligt svag för att linsstjärnan borde ha varit synlig om det var en typisk huvudseriestjärna som solen, beskriver Lu.

– Våra slutsatser bygger på att vi utesluter de alternativa scenarierna, eftersom en normal stjärna skulle ha varit lätt att se, beskriver Zhang. – Eftersom linsen visar en  mörk stjärna med låg massa kom vi fram till att det bara kan vara en vit dvärg.

"Det här är ett fall där det faktiskt är mer intressant att se ingenting än att se något", beskriver Lu, som letar efter mikrolinshändelser som orsakas av fritt svävande svarta hål med stjärnmassa i Vintergatan.

Upptäckten är en del av ett projekt som Zhang har gjort för att närmare studera mikrolinsning som visar om det finns en planet, för att förstå vilka typer av stjärnor exoplaneter finns runt.

"Mikrolinsning har blivit ett mycket intressant sätt att studera andra stjärnsystem som inte kan observeras och upptäckas med konventionella metoder, det vill säga transitmetoden eller radialhastighetsmetoden", beskriver Bloom. "Det finns en hel uppsättning världar som nu öppnar sig för oss genom mikrolinsning och det som är spännande är att vi står på randen till att hitta exotiska konfigurationer som denna." 

Ett syfte med NASA:s Nancy Grace Roman Telescope, som är planerat att skjutas upp 2027, är att mäta ljuskurvor från mikrolinsning för att hitta exoplaneter av vilka många kommer att behöva följas upp med hjälp av andra teleskop för att identifiera vilka typer av stjärnor som hyser exoplaneter.

"Vad som krävs är noggrann uppföljning med världens bästa anläggningar det vill säga adaptiv optik och Keck-observatoriet, inte bara en dag eller en månad senare utan  år in i framtiden, efter att linsen har flyttat sig bort från bakgrundsstjärnan så att du kan börja skilja ut vad du ser", beskriver Bloom.

Zhang noterade att även om jorden blir uppslukad under solens röda jättefas om en miljard år, kan mänskligheten hitta en tillflykt i det yttre solsystemet. Flera av Jupiters månar, som Europa, Callisto och Ganymedes, och Enceladus runt Saturnus, verkar ha frusna vattenhav som sannolikt kommer att tina när de yttre lagren av den röda jätten expanderar.

"När solen blir en röd jätte kommer den beboeliga zonen att röra sig runt Jupiters och Saturnus omloppsbana, och många av dessa månar kommer att bli havsplaneter", beskriver Zhang. "Jag tror att i så fall skulle mänskligheten kunna migrera ut dit."

Studien publicerades nyligen i tidskriften Nature Astronomy. Här beskriver forskarna om hur huvudseriestjärnor, som solen, utvecklas genom den röda jättefasen till en vit dvärg och hur det påverkar planeterna runt dem. Vissa studier tyder på att solen i denna process som börjar om cirka 1 miljard år, så småningom förångar jordens hav och då fördubblar jordens omloppsradie runt den framtida resten av vår sol en vit dvärgstjärna - om den expanderande stjärnan inte uppslukar Jorden först.

Medförfattare till studien är Weicheng Zang och Shude Mao från Tsinghua University i Peking, Kina, som tillsammans författade den första artikeln om KMT-2020-BLG-0414; tidigare doktorand vid UC Berkeley Kareem El-Badry, nu biträdande professor vid California Institute of Technology i Pasadena; Eric Agol från University of Washington i Seattle; B. Scott Gaudi från Ohio State University i Columbus; Quinn Konopacky från UC San Diego; Natalie LeBaron från UC Berkeley; och Sean Terry från University of Maryland i College Park.