Av planeter och stjärnor

Jag berättar ofta om stjärnor och planeter i dessa ESERO-artiklar och behandlar dem för det mesta som om de är helt olika typer av objekt och det är för det mesta precis just så det är. Det finns dock vissa objekt som faller in i en slags gråzon mellan stjärna och planet; de handlar om mycket stora, gasformiga planeter som är så stora att de faktiskt avger sin egen värme.

Du kanske redan vet att vårt solsystems största planet, Jupiter, är ett exempel på detta fenomen? När den kretsar i sin bana kring solen avger den mer värme från sitt krympande inre än den får från vår stjärna. Den krymper med cirka 1 mm per år och denna gasjätte var en gång både hetare och ungefär dubbelt så stor i diameter som i dag. Denna loopande GIF-animering, gjord av fyra individuella bilder av Jupiter tagna i infrarött ljus, visar planeten på ett helt annat sätt än hur vi normalt skulle se med våra ögon. Jupiter kallas ibland för en ”misslyckad stjärna”. Den skulle ha behövt cirka 75% mer massa för att genomgå vätefusion till helium och bli en stjärna. Även i sin nuvarande storlek ligger den i det mycket låga intervallet för de minsta, svalare röda dvärgstjärnorna vars diametrar tros vara ungefär i storlek med Saturnus, eller cirka 84–90% av Jupiters storlek.

Det händer också att en del av de saker som jag har skrivit om inte kan ses med blotta ögat och inte heller med amatörteleskop. I det här fallet är vårt ämne kopplat till en knappt synlig stjärna för blotta ögat som kan ses under mörka himlar i den sena sommar-höstkonstellationen Svanen (Cygnus). En av de få klassiska konstellationerna som verkligen liknar vad den är namngiven efter, en svan, kan ses på denna negativa karta med svarta stjärnor på vit bakgrund. Den flyger mot den södra horisonten av den purpurfärgade sommarbandet av Vintergatan. Stjärnan i fråga, 29 Cygni, visas en bit ner på fågelns långa hals och har en blåfärgad, dubbel cirkel runt sig. Även om vi inte kan se det bara genom att titta på den, så är det ett exempel på en stjärna som faktiskt rör sig mot jorden, just denna med en hastighet av 17 kilometer per sekund. Hur snabbt är det? Den skulle kunna färdas hela Sveriges längd från norr till söder på lite mer än en och en halv minut!

Redan 2022 upptäcktes en exoplanet som väger 15 gånger mer än Jupiter, vilket gör den superjovisk (mycket större eller mer massiv än Jupiter), med hjälp av ESA:s Gaia- och Hipparcos-satelliter genom direktavbildning och astrometri. Vid sin moderstjärna, 29 Cygni, på ett avstånd av 133 ljusår, skulle HIP 99770 b vara ganska svår att identifiera som en planet. NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (JWST) har gjort det som nästan skulle verka omöjligt: det har direktavbildat detta objekt.

En kamera på Webb, som kan se i den nära infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet, användes i ett speciellt läge som tillåter den att blockera ljuset från stjärnan 29 Cygni med en liten ogenomskinlig kil. Det är den blå rutan, märkt ”A”, med den vita tecknade stjärnan som syns på denna bild. Exoplaneten, HIP 99770 b (även känd som 29 Cygni b), har ett ”b” bredvid sin lilla, nästan vita sfär.

Astronomer vet att det finns två sätt som en planet kan bildas: antingen från en skiva av gas och stoft som omger en stjärna (som jorden och de andra planeterna i solsystemet tros ha bildats för 4,5 miljarder år sedan), eller från ett stort moln av liknande material som fragmenteras i bitar, vilka smälter samman till planeter. Medan några av dem är steniga (tänk på Merkurius, Venus, jorden och Mars) får tyngre planeter i den yttre delen av en stjärnas familj (som Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus) de gaser som drevs bort från stjärnan när den blev aktiv.

JWST fann bevis för att denna exoplanet innehöll tyngre kemiska element, som kol och syre, vilket gynnar bildning genom ackretion (ansamling) i den protoplanetära skivan som omger moderstjärnan, snarare än genom fragmentering som i fallet med en stjärna. Dessutom, med tanke på HIP 99770 b:s massa, skulle mängden tunga element den innehåller vara ungefär 150 gånger så stor som på jorden. En av de bästa platserna att få sådana fasta ämnen som innehåller metaller är i en stjärnas utvecklande protoplanetära skiva.

Som bevis för en sådan skiva finns denna bild, tagen av Japans gigantiska 8,2 meter breda markbaserade Subaru-teleskop, som sitter högt uppe på Mauna Kea i Hawaii. Exoplaneten är samlingen av pixlar i nedre vänstra hörnet, och stjärnan 29 Cygni är återigen dold av något som blockerar dess ljus, markerad av en annan tecknad stjärna som visar dess plats. Observera ”munkringen”, som består av lilafärgade pixlar, som omger stjärnan. Det är den protoplanetära skivan av täta gaser, som omger den unga stjärnan.

”Pricken över i:et”, när det gäller huruvida HIP 99770 b bildades från denna skiva, kom från en uppsättning av sex markbaserade 1-meters optiska teleskop kallade CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy). Belägna på Mount Wilson i Kalifornien kombineras deras ljus över en bred baslinje för att skapa en slutlig högupplöst bild, som om den kom från ett mycket större instrument. CHARA kunde bekräfta att exoplanetens bana är i linje med rotationen hos 29 Cygni. Detta är precis vad man skulle förvänta sig om HIP 99770 b hade bildats från den protoplanetära skivan och inte som en stjärna genom molnfragmentering.

Genom att kombinera alla dessa olika bevislinjer tror astronomer att denna exoplanet verkligen bildades från 29 Cygnis protoplanetära skiva, vilket hjälper dem att bättre förstå hur de tyngsta planeterna kom till. Denna illustration visar HIP 99770 b i förgrunden, med moderstjärnan den kretsar kring i bakgrunden uppe till höger

Vi är inte riktigt klara än, eftersom forskarna som gör denna studie har tre fler stjärnor att analysera. En av de saker de kommer att leta efter är skillnader i sammansättningen mellan deras lättare och tyngre exoplaneter, vilket kan ge ännu mer klarhet i förståelsen av planetbildning. För det officiella ESA-pressmeddelandet om James Webb-teleskopets upptäckte av 29 Cygni b, följ denna länk.


Text: Tom Callen