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.
