”Hvad dette betyder er, når man ser op på de tusinder af stjerner på nattehimlen, er den nærmeste sollignende stjerne med en jordstørrelse planet i dens beboelige zone sandsynligvis kun 12 lysår væk og kan ses med det nøgne øje. ”- Erik Petigura
Forskere fra University of California, Berkeley og University of Hawaii, Manoa, har statistisk bestemt, at tyve procent af sollignende stjerner i vores galakse har jordstørrede planeter, der kunne være vært for livet. Resultaterne, der er samlet fra data indsamlet fra NASAs Kepler-rumfartøj og W. M. Keck-observatoriet, tilfredsstiller nu Keplers primære mission: at bestemme, hvor mange af de 100 milliarder stjerner i vores galakse, der har potentielt beboelige planeter. Resultaterne offentliggøres 4. november i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
Kunstnerens repræsentation af den "beboelige zone", rækkevidden af kredsløb, hvor flydende vand er tilladt på overfladen af en planet. KREDIT: PETIGURA / UC BERKELEY, HOWARD / UH-MANOA, MARCY / UC BERKELEY
”Hvad dette betyder, er, at når man ser på de tusinder af stjerner på nattehimmelen, er den nærmeste sollignende stjerne med en jordstørrelse planet i dens beboelige zone sandsynligvis kun 12 lysår væk og kan ses med det nøgne øje. Det er fantastisk, ”sagde UC Berkeley-kandidatstuderende Erik Petigura, der førte analysen af data fra Kepler og Keck-observatoriet.
”For NASA er dette tal - at hver femte stjerne har en planet, der ligner Jorden - virkelig vigtigt, fordi efterfølgermissioner til Kepler vil prøve at tage et reelt billede af en planet, og størrelsen på det teleskop, de er nødt til at bygge, afhænger af hvor tæt de nærmeste planeter i jordstørrelsen er, ”sagde Andrew Howard, astronom ved Institut for Astronomi ved University of Hawaii. ”En overflod af planeter, der kredser rundt i nærheden af stjerner, forenkler sådanne opfølgningsopgaver.”
Jordstørrelse betyder muligvis ikke beboelig
Holdet, der også omfattede planetjæger Geoffrey Marcy, UC Berkeley professor i astronomi, advarede om, at planeter i jordstørrelse i jordstørrelsesbaner ikke nødvendigvis er gæstfri for livet, selvom de går i en beboelig zone i en stjerne, hvor temperaturen er ikke for varmt og ikke for koldt.
”Nogle kan have tykke atmosfærer, hvilket gør det så varmt på overfladen, at DNA-lignende molekyler ikke ville overleve. Andre kan have stenede overflader, der kan rumme flydende vand, der er egnet til levende organismer, ”sagde Marcy. ”Vi ved ikke, hvilken række planettyper og deres miljøer der er egnede til liv.”
Lige i sidste uge håbede Howard, Marcy og deres kolleger håb om, at mange af disse planeter faktisk er stenede. De rapporterede, at en planet i jordstørrelse opdagede - omend en planet med en sandsynlig temperatur på 2.000 Kelvin, som er alt for varm til livet som vi kender den - er den samme tæthed som Jorden og sandsynligvis består af sten og jern, ligesom Jorden.
Analyse af fire års præcisionsmålinger fra Kepler viser, at 22 ± 8% af sollignende stjerner har jordstørrede planeter i den beboelige zone.KREDIT: PETIGURA / UC BERKELEY, HOWARD / UH-MANOA, MARCY / UC BERKELEY.
”Dette giver os en vis tillid til, at når vi ser ud i den beboelige zone, planeterne, Erik beskriver, kan være jordstørrelse, klippeformede planeter,” sagde Howard.
Transiterende planeter
NASA lancerede det nu krøllede Kepler-rumteleskop i 2009 for at se efter planeter, der krydser foran eller transit deres stjerner, hvilket medfører en svag formindskelse - omkring hundrede af en procent - i stjernens lysstyrke. Fra de 150.000 stjerner, der er fotograferet hvert 30. minut i fire år, rapporterede NASAs Kepler-hold mere end 3.000 planetkandidater. Mange af disse er meget større end Jorden - lige fra store planeter med tykke atmosfærer, som Neptun, til gasgiganter som Jupiter - eller i bane, så tæt på deres stjerner, at de er stegt.
For at sortere dem bruger Petigura og hans kolleger de tvilling, 10 meter teleskoper fra Keck-observatoriet på toppen af Mauna Kea, Hawaii for at få HIRES-spektre af så mange stjerner som muligt. Dette vil hjælpe dem med at bestemme hver stjernes ægte lysstyrke og beregne diameteren på hver transiterende planet med vægt på planeter med jorddiameter.
HIRES (High-Resolution Echelle Spectrometer) producerer spektre af enkeltobjekter med meget høj spektral opløsning, men dækker dog et bredt bølgelængdeområde. Det gør dette ved at opdele lyset i mange "striber" af spektre stablet på tværs af en mosaik af tre store CCD-detektorer. HIRES er berømt for at finde planeter, der kredser rundt om andre stjerner. Astronomer bruger også HIRES til at studere fjerne galakser og kvasarer for at finde ledetråde til Big Bang.
Holdet fokuserede på de 42.000 stjerner, der ligner solen eller lidt køligere og mindre, og fandt 603 kandidatplaneter, der kredsede rundt om dem. Kun 10 af disse var jordstørrelse, det vil sige en til to gange Jordens diameter og bane rundt deres stjerne i en afstand, hvor de opvarmes til lunkne temperaturer, der er egnede til liv. Holdets definition af beboelig er, at en planet modtager mellem fire gange og en fjerdedel af den lysmængde, Jorden modtager fra solen.
En folketælling af ekstrasolære planeter
Analysen udsatte Petiguras planetfindingsalgoritmer for et batteri af test for at måle, hvor mange beboelige zone, jordstørrelsesplaneter, de gik glip af. Petigura introducerede faktisk falske planeter i Kepler-dataene for at bestemme, hvilke hans software kunne registrere, og hvilken det ikke kunne.
”Det, vi laver, er at tage en folketælling af ekstrasolære planeter, men vi kan ikke banke på hver eneste dør. Først efter at have injiceret disse falske planeter og målt hvor mange vi faktisk fandt, kunne vi virkelig fastlægge antallet af rigtige planeter, som vi gik glip af, ”sagde Petigura.
Regnskabsmæssigt for ubesvarede planeter, samt det faktum, at kun en lille brøkdel af planeter er orienteret, så de krydser foran deres værtsstjerne set fra Jorden, gjorde det muligt for dem at estimere, at 22 procent af alle sollignende stjerner i galaksen har planeter i jordstørrelse i deres beboelige zoner.
”Det primære mål med Kepler-missionen var at besvare spørgsmålet: Når du kigger op på nattehimlen, hvilken brøkdel af stjernerne, som du ser, har planeter i jordstørrelse ved lunkne temperaturer, så vand ikke blev frosset ned i is eller fordampet i damp, men forbliver en væske, fordi flydende vand nu forstås som en forudsætning for livet, ”sagde Marcy. ”Indtil nu vidste ingen nøjagtigt, hvor almindelige potentielt beboelige planeter var omkring sollignende stjerner i galaksen.”
Alle de potentielt beboelige planeter, der findes i deres undersøgelse, er omkring K-stjerner, som er køligere og lidt mindre end solen, sagde Petigura. Men holdets analyse viser, at resultatet for K-stjerner kan ekstrapoleres til G-stjerner som solen. Havde Kepler overlevet til en udvidet mission, ville den have opnået tilstrækkelige data til direkte at opdage en håndfuld jordstørrelsesplaneter i beboelige zoner af stjerner af G-type.
Hvis stjernerne i Kepler-feltet er repræsentative for stjerner i solkvarteret, forventes den nærmeste (jordstørrelse) planet at kredse rundt en stjerne, der er mindre end 12 lysår fra Jorden og kan ses af det uundgåede øje. Fremtidig instrumentering til at afbilde og tage spektre af disse jordarter behøver kun at observere et par dusin nærliggende stjerner for at opdage en prøve af jordstørrelsesplaneter, der bor i deres værtsstjerners beboelige zoner.
I januar rapporterede holdet om en lignende analyse af Kepler-data for brændte planeter, der kredser tæt på deres stjerner. Den nye, mere komplette analyse viser, at ”naturen skaber omtrent lige så mange planeter i gæstfri bane som i tætte bane”, sagde Howard.
Via W.M. Keck Observatorium