01.12.2017: Helt siden astronomene klarte å måle størrelsen på en exoplanet for 17 år siden har man forsøkt å finne svar på spørsmålet om hvordan de aller største gassplanetene har blitt så enorme. Takket være en nylig oppdagelse av to nesten identiske planeter gjort av et team ved University of Hawaii, er vi nå nærmere svaret.

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Øverste til venstre: Skjematisk fremstilling av K2-132-systemet da stjernen befant seg på hovedserien.
Nederst til høyre: Skjematisk fremstilling av K2-132-systemet i dag. Moderstjernen har blitt større og rødere, bestrålt planeten mer og dermed fått den til å utvide seg. (Størrelsene er ikke reelle).
  Hovedbildet: Gasskjempen K2-132b utvides som følge av at moderstjernen utvikler seg til en rød kjempe. Energien fra moderstjernen overføres til planetens indre og forårsaker turbulens i tillegg til at planetatmosfærene blander seg. Planeten går i bane rundt stjernen med en omløpstid på rundt 9 dager og befinner seg i stjernebildet Lyren ca. 2000 lysår unna. 
Illustrasjon: Karen Teramura, UH IfA

Gasskjemper består hovedsakelig av hydrogen og helium og har diametere på minst fire ganger Jordens. De som går i bane ekstremt nær sine moderstjerner er kjent som såkalte «hot Jupiters», og slike planeter er ofte større enn Jupiter og Saturn – noen er til og med større enn de minste stjernene.

Ifølge teamleder Samuel Grunblatt ved Institute for Astronomy, University of Hawaii skyldes de uvanlige størrelsene på slike planeter trolig varme som strømmer ut og inn av planetenes atmosfærer, og flere teorier har blitt utviklet for å forklare denne prosessen. Men siden vi ikke har millioner av år på å se hvordan et spesielt planetsystem utvikler seg, har det vært vanskelig å bekrefte eller avkrefte teorien.

For å løse dette søkte Grunblatt gjennom data innhentet av NASAs K2 Mission for å lete etter hot Jupiters som går i bane rundt røde kjemper. Slike stjerner (som er i sine siste livsfaser) blir også selv betydelig større i løpet av levetiden til sine ledsagerplaneter (hot Jupiters).

Ifølge en teori fremsatt av Eric Lopez ved NASAs Goddard Space Flight Center, ville slike hot Jupiters som går i bane rundt røde kjemper blitt svært oppblåste dersom direkte varmetilførsel fra moderstjernen er den dominerende prosessen som blåser opp disse planetene.

Letingen har nå avslørt to planeter som begge går i bane rundt sine moderstjerner med omløpstid på rundt 9 dager. Ved å benytte stjernesvingninger for nøyaktig å beregne radiene til både stjernene og planetene, fant teamet ut at planetene er 30 % større enn Jupiter. Observasjoner med Keck-observatoriet på Mauna Kea viste også at planetene, på tross av deres enorme størrelser, bare har halvparten så stor masse som Jupiter, og utrolig nok er de to planetene nesten for tvillinger å regne når det gjelder omløpstid, radius og masse.

Eksempel på en «hot Jupiter» som befinner seg svært nær moderstjernen.
Illustrasjon: ESA/NASA/G. Tinetti

Ved hjelp av modeller for å følge utviklingen til planetene og deres moderstjerner over tid, beregnet teamet planetens evne til å absorbere varme fra stjernen og overføre varmen til planetenes indre, noe som medførte at hele planeten både ekspanderte i størrelse og at tettheten avtok. Funnene viser at disse planetene antagelig trengte den økte strålingen fra den røde kjempen for å blåse seg opp, men mengden av stråling som ble absorbert var også mindre enn forventet.

Det er vanskelig å trekke tydelige konklusjoner på bakgrunn av kun to eksempler, men disse resultatene begynner nå å utelukke noen av forklaringene for oppblåste planeter og er også overenstemmende med et scenario hvor planeter blir direkte oppblåst som følge av varme fra deres moderstjerner. De sterke vitenskapelige bevisene tyder på at stråling fra stjerner alene direkte kan endre størrelsen og tettheten til en planet.

Vår egen sol vil også ende opp som en rød kjempe, og det er viktig å kvantifisere effekten Solens utvikling vil ha på resten av Solsystemet. Å studere hvordan stjerneutvikling påvirker planeter er en ny æra både i vårt eget solsystem og i andre solsystem. Med bedre kunnskap om hvordan planeter responderer på disse endringene kan man begynne å bestemme hva slags effekt Solens utvikling vil få for atmosfæren, havene og livet her på Jorden.

Letingen etter gasskjemper rundt røde kjemper forsetter siden ytterligere system kan bli i stand til å vise forskjellen mellom ulike scenarier ved oppblåste planeter. Grunblatt og teamet hans har fått tildelt tid ved NASAs Spitzer-teleskop for mer eksakt å kunne måle størrelsen disse to nesten identiske planetene. I tillegg vil leting etter planeter rundt røde kjemper med NASA K2 Mission fortsette i minst et år til, og NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) som skal skytes opp i 2018 vil kunne observere hundretusener av røde kjemper over hele himmelen.

I trilogien Ad Astra beskriver vi hvordan Solen om noen milliarder år vil svulme og bli en rød kjempe som sluker de innerste planetene i Solsystemet – først Merkur, deretter Venus og til slutt sannsynligvis også Jorden. Trilogien beskriver hvilke konsekvenser dette får for planetene og fremtidens mennesker.

Om 7 milliarder år vil Solen ha svulmet til en rød kjempe som sluker de innerste planetene i Solsystemet.
Illustrasjon: NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Sak fra Institute for Astronomy, University of Hawaii

Flere saker om exoplaneter