Astronomer har hittat kombinationen stjärna/exoplanet som är den bästa tvillingen till solen/jorden
Ibland verkar det som att det finns en översvämning av meddelanden som visar upptäckter av 'jordliknande' planeter. Och även om dessa tillkännagivanden är spännande och vetenskapligt anmärkningsvärda, finns det alltid en liten fråga som plockar bort dem: exakt hur jordlika är de egentligen?
Jorden definieras trots allt av dess förhållande till solen.
Det finns ingen strikt definition av termen 'jordliknande'. Det betyder bara en värld som är liknande i vissa avseenden.
Men för det mesta när termen jordliknande används för att beskriva en exoplanet, hänvisar det till storleken och potentialen för flytande vatten att kvarstå på ytan. Problemet är att de flesta världar som beskrivs som jordliknande – de flesta exoplaneter faktiskt – kretsar kring röda dvärgstjärnor.
'Den fullständiga bilden av beboelighet involverar dock en titt på stjärnans egenskaper också.'
Dr. René Heller, huvudförfattare, Max Planck Institute for Solar System Research.
Röda dvärgstjärnor skiljer sig mycket från vår sol. De är små, mörka och coola. De är de minsta och coolaste stjärnorna i huvudsekvensen. Solen, å andra sidan, är stor, lysande och har en yttemperatur på cirka 5700 K (5420 C) jämfört med en röd dvärgs yttemperatur på cirka 2 000 K (1730 C).
Konstnärsintryck av en röd dvärgstjärna som Proxima Centauri, den stjärna som ligger närmast vår sol. De flesta bekräftade exoplaneter kretsar kring en röd dvärgstjärna, som är den vanligaste typen av stjärna i Vintergatan. Kredit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry
Så om en exoplanet som beskrivs som jordliknande kretsar kring en röd dvärgstjärna, hur jordlik kan den egentligen vara? Det är mer korrekt att beskriva planet-stjärnepar som jord-solliknande, eftersom förhållandet mellan en planet och dess stjärna avgör för mycket om planeten.
Författaren till en ny studie har den uppfattningen.
Studien har titeln 'Transit minsta kvadraters undersökning. III. A 1,9R?transitkandidat i den beboeliga zonen Kepler-160 och en icke-transiterande planet som kännetecknas av transittidsvariationer.” Huvudförfattare är Dr. René Heller från Max Planck Institute for Solar System Research (MPS). Studien är publicerad i tidskriften Astronomy and Astrophysics.
När det kommer till boende, och om en planet är jordliknande eller inte, säger Heller i en pressmeddelande att 'Den fullständiga bilden av beboelighet inbegriper dock en titt på stjärnans egenskaper också.'
Majoriteten av stjärnorna i Vintergatan är röda dvärgar; de är ingenting som vår sol. Om en planet inte kretsar kring en stjärna som liknar solen, kan den planeten verkligen kallas 'jordliknande?' Bild av solen. Kredit: SDO/NASA
Det nya papperet kretsar kring Kepler-160, en huvudsekvensstjärna som mycket liknar solen. Kepler-160 är cirka 90 % av solens massa, cirka 1,12 av solens radie och har en yttemperatur på cirka 5470 K (5200 C). Det är väldigt lik solens yttemperatur, som är cirka 5770 K (5500 C).
Kepler 160 är cirka 3140 ljusår bort, i stjärnbilden Lyra.
Den här avlägsna stjärnan har också två bekräftade planeter som kretsar runt den, och astronomer har känt till dem i flera år. Dessa planeter heter Kepler-160 b och Kepler-160 c, enligt exoplanetnamnkonventioner. Båda dessa planeter är betydligt större än jorden, och de kretsar nära stjärnan. De är alldeles för heta för livet som vi känner det för att överleva där.
Men något händer med Kepler-160 c (K160c). Den vinglar och något litet drar i den för att orsaka dessa små orbitala variationer. Fanns det något gömt i den ursprungliga Kepler-datan? Ännu en liten planet i omloppsbana runt K160?
Det är där Heller och hans kollegor kommer in. De hade redan lyckats kamma igenom befintliga Kepler-data och hitta planeter som man missat. 2019, Keller och hans kollegor, Michael Hippke och Kai Rodenbeck, publicerade en tidning presenterar upptäckten av 17 nya exoplaneter gömda i de ursprungliga Kepler-data. Och de var alla i solsystem där planeter redan hade upptäckts.
Nu ser det ut som att de har gjort det igen.
De Kepler rymdfarkost var riktigt bra på en sak: att hitta nedgångarna i stjärnljus i avlägsna solsystem, orsakade av en planet som rörde sig framför den, ur vår synvinkel. Det kallas transitering. Men det finns ett problem med den metoden.
Det finns en inneboende urvalsbias till förmån för stora planeter, som orsakar en mer uttalad dopp i stjärnljus när de passerar, jämfört med mindre planeter. Som ett resultat är de flesta av de exoplaneter som upptäckts av Kepler stora. De är gasplaneter i storleken av Neptunus, ungefär så olika från jorden som du kan bli.
När planeten rör sig framför sin stjärna sjunker stjärnans ljusstyrka och återgår sedan till sin tidigare nivå när transiteringen är klar. Rymdfarkosten Kepler var mycket framgångsrik med denna metod, men metoden har en inneboende selektionsbias för större planeter. Bildkredit: NASA, ESA, G. Bacon (STSci)
I detta nya verk tog Keller och Hippke ett annat tillvägagångssätt. Istället för att leta efter de stegliknande transiterna, där stjärnljuset är där, sedan blockeras och sedan återvända igen, gjorde de något annorlunda. De utvecklade en mer nyanserad fysisk modell av variationer i stjärnnedbländning. De kallar det Transit Least-Squares (TLS) algoritm . Den algoritmen är optimerad för att hitta mindre planeter och hjälper till att mildra Keplers inbyggda urvalsbias.
'Vår förbättring är särskilt viktig i sökandet efter små planeter i jordstorlek,' förklarar Heller. 'Planetsignalen är så svag att den nästan helt är gömd i bruset från data. Vår nya sökmask är något bättre när det gäller att separera en sann exoplanetär signal från bruset i de kritiska fallen”, tillägger Heller.
I det här fallet hittade teamet inte en utan två nya exoplaneter i K-160-systemet. Det blir totalt fyra planeter.
'Vår analys tyder på att Kepler-160 inte kretsar av två utan av totalt fyra planeter,' sa Heller.
En av dem, K160d, är den som ryckte på K160c. Men det är den andra som väcker intresse. Den andra nya planeten är fortfarande obekräftad och har inte visat några transiter framför sin stjärna. Så den bär namnet KOI-456.04, vilket står för Kepler Object of Interest 456.04.
KOI-456.04 har en radie på 1,9 jordradier, så den är betydligt större än jorden. Men dess omloppstid är 378 dagar, mycket lik jordens. Och stjärnan den kretsar kring är mycket lik solen, så mängden insolering den tar emot är mycket lik jordens. Inte bara det, men till skillnad från alla exoplaneter som kretsar kring röda dvärgar och därför får sin insolering som infraröd energi, får KOI-456.04 sin energi i synligt ljus. Precis som jorden.
De flesta exoplaneterna från Kepler-uppdraget är lika stora som Neptunus och i relativt nära banor runt sina värdstjärnor, där temperaturen på dessa planeter skulle vara alldeles för varm för flytande ytvatten (tredje panelen uppifrån).Nästan alla planeter i jordstorlek som är kända för att ha potentiellt jordliknande yttemperaturer är i omloppsbana runt röda dvärgstjärnor, som inte avger synligt ljus utan infraröd strålning istället (nedre panelen). Jorden är på rätt avstånd från solen. att ha yttemperaturer som krävs för att det finns flytande vatten. Den nyupptäckta planetkandidaten KOI-456.04 och dess stjärna Kepler-160 (andra panelen från ovan) har stora likheter med jorden och solen (översta panelen). Bildkredit: MPS / René Heller
Den tar emot cirka 93 % av den energi som jorden gör. Så om den har en relativt inert atmosfär med en mild växthuseffekt, skulle dess yttemperatur vara cirka +5 grader Celsius. Och även om det är cirka 10 C lägre än jordens genomsnittliga yttemperatur, är det fortfarande tillräckligt varmt för att flytande vatten ska fortsätta.
Den stora bilden är att denna nyupptäckta planet är i ett mycket liknande förhållande till sin stjärna som jorden är med solen. Den sitter i sin stjärnas beboeliga zon på ett sätt som liknar jorden. Så i den meningen kan det vara den mest jordliknande exoplaneten vi har upptäckt hittills, även om den är nästan två gånger så stor som jordens radie.
De flesta upptäckta exoplaneter är ogästvänliga gasjättar som kretsar kring röda dvärgstjärnor. Definitivt inte jordliknande. Konstnärens intryck av den svala röda stjärnan och gasjätten NGTS-1b mot Vintergatan. Kredit: University of Warwick/Mark Garlick.
'KOI-456.01 är relativt stor jämfört med många andra planeter som anses vara potentiellt beboeliga. Men det är kombinationen av denna mindre än dubbelt så stora jordplanet och dess värdstjärna av soltyp som gör den så speciell och välbekant, förklarar Heller.
Naturligtvis är KOI-456.04 fortfarande bara en kandidatexoplanet, vars existens inte har bekräftats ännu. Det kan bara vara ett mätfel, eller till och med en statistisk slump. Heller och hans kollegor säger att som det ser ut nu finns det ungefär 85 % chans att det verkligen är en planet. För att formellt betraktas som en planet måste den siffran vara 99 %. Det kommer att kräva ytterligare observationer med ett kraftfullt markbaserat teleskop för att bekräfta det, eller ännu bättre, observationer med kommande rymdteleskop.
Denna upptäckt ställer en fråga för astronomisamfundet. När ska benämningen 'jordliknande' användas för att beskriva en planet? Speciellt nu när denna verkligt jordliknande planet har upptäckts, och med tanke på att när vi blir bättre på att upptäcka exoplaneter i jordstorlek, kommer det troligen att finnas dussintals, hundratals eller till och med tusentals av dem om några år.
Typen av stjärna måste spela in när vi kategoriserar planeter som jordliknande. De flesta exoplaneter kretsar kring röda dvärgstjärnor, den vanligaste typen av stjärna i Vintergatan. De är dunkla, coola och benägna för våldsamma utbrott. Dessa utbrott skulle plåga vilken planet som helst för nära och göra livet mycket osannolikt. Kan planeter som kretsar kring dessa stjärnor verkligen betraktas som jordliknande?
En konstnärs föreställning om en superflare-händelse på en dvärgstjärna. Hur jordlik kan en planet vara om den utsätts för den här typen av intensiva händelser? Bildkredit: Mark Garlick/University of Warwick
Det finns ett visst sammanhang för att använda termen jordliknande för att beskriva exoplaneter. Under det senaste och ett halvt decenniet har vi upptäckt över 4 000 bekräftade exoplaneter, och vi vet nu att det finns ett stort antal av dem som väntar på att bli upptäckta i Vintergatan. Och majoriteten av dessa 4 000 är gasjättar. De är planeter i storleken Neptunus, ungefär fyra gånger så massiva som jorden.
Så när astronomer hittar en planet som är liten, sannolikt stenig och får en mängd energi från sin stjärna som liknar vad jorden tar emot från sin sol, blir den ofta märkt med etiketten 'Jordliknande'. Det finns inget oseriöst där.
Men de flesta människor skulle förmodligen hålla med om att alla planeter som upprepade gånger surrades med våldsamma blossningar definitivt inte är jordliknande. Jorden är bara jorden på grund av dess välvilliga förhållande till solen. Bör termen jordliknande begränsas till planeter som liknar jorden, som också kretsar runt stjärnor som liknar solen? Kanske.
Kommer vi i framtiden bara att beskriva planeter som jordliknande när de också har en liknande måne? Den här bilden visar bilder av månens bortre sida, upplyst av solen, när den korsar DISCOVR-rymdfarkostens Earth Polychromatic Imaging Camera ( EPIC) kamera och teleskop, och jorden – en miljon mil bort. Kredit: NASA/NOAA
Och hur är det med månen? Jordens måne har en stabiliserande effekt på jordens klimat genom att dämpa jordens vinkling på dess axel. Månen har också en enorm effekt på tidvatten, och det kan ha startat eller accelererat livet på jorden . Kommer vi i framtiden inte att tala om jordliknande planeter, utan om jord-solliknande arrangemang? Eller jord-sol-måne-liknande arrangemang?
Naturligtvis är vi inte i närheten av att kunna upptäcka exomuner. Inte än. Men en dag blir vi det.
Då måste vi ompröva vårt språk och våra kategoriseringar igen.
Mer:
- Pressmeddelande: En svag likhet mellan solen och jorden
- Uppsats:Transit minsta kvadraters undersökning. III. A 1,9R?transitkandidat i den beboeliga zonen Kepler-160 och en icke-transiterande planet som kännetecknas av transittidsvariationer
- Universum idag: Nu när TESS är i drift, uppskattar astronomer att det kommer att hitta 14 000 planeter. 10 kan vara jordliknande världar i en sollik stjärnas beboeliga zon