23.02.16: For første gang i historien har astronomene klart å måle rotasjonen til en gasskjempe ved å direkte observere variasjoner i planetens atmosfære. Men planeten er ikke særlig gjestfri: I høyere atmosfærelag regner det glass og i lavere lag: jern!

av Anne Mette Sannes

Illustrasjonen viser en planet med fire ganger så stor masse som Jupiter og som går i bane 8 milliarder kilometer fra en brun dverg (det kraftige røde objektet som vi ser i bakgrunnen). Siden planeten kun befinner seg 170 lysår unna, kan mange av de lyssterke bakgrunnsstjernene som kan ses fra Jorden også ses fra denne planetens posisjon i Melkeveien, inkludert Sirius, Fomalhaut og Alpha Centauri. Vår sol vises som en svak stjerne i bakgrunnen midtveis mellom Procyon og Altair. (se stjernenes navn tegnet inn på bildet under!)
Illustrasjon: NASA/ESA

Siden planeten kun befinner seg 170 lysår unna, kan mange av de lyssterke bakgrunnsstjernene i som kan ses fra Jorden også ses fra denne planetens posisjon i Melkeveien, inkludert Sirius, Fomalhaut og Alpha Centauri. Vår sol vises som en svak stjerne i bakgrunnen midtveis mellom Procyon og Altair.
Illustrasjon: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

Selv om bare drøyt 2000 bekreftede planeter har blitt funnet rundt andre stjerner, har verdens kraftigste teleskoper kun vært i stand til å samle lyset fra en håndfull av disse. Ironisk nok har mange av dem blitt oppdaget som følge av skyggen de sender ut når de passer foran sine moderstjerner – den såkalte passasjemetoden. Etterfølgende observasjoner av exoplaneter som er oppdaget ved denne metoden følges ofte opp med den såkalte vaggemetoden hvor planeter i bane rundt får moderstjernen til å vagge på sin ferd gjennom rommet.

Ved hjelp av Hubble-teleskopet har astronomene nå klart å fange opp den svake infrarøde gløden til en såkalt super-jupiter (med fire ganger mer masse enn Jupiter) som befinner seg 170 lysår unna og som har fått navnet 2M1207b. Og ikke bare gløder den – den flimrer også rytmisk mens den spinner rundt sin egen akse som en snurrebass, noe som tolkes som de små endringene i planetens lysstyrke skyldes et broket skydekke med relativt mørke og lyse flekker som kommer og går. Disse målingene har gjort at man for første gang har vært i stand til å direkte estimere hvor raskt en exoplanet roterer. Gasskjempen bruker omtrent 10 timer på en omdreining, noe som tilfeldigvis samsvarer med rotasjonen til vår egen Jupiter.

Grafen viser de små endringene i den infrarøde lysstyrken til planeten målt med romteleskopet Hubble. Den S-formede kurven er ekstrapolert fra datapunktene. Dens bølgelignende form tyder på at endringene i lysstyrke skyldes en rotasjonsperiode på 10 timer (horisontal akse). Den vertikale aksen viser små endringer i lysstyrke. Dette betyr at planeten trolig har flekkete skyer som influerer på mengden av infrarød stråling som observeres mens planeten roterer. Med sin avstand på 170 lysår fra Jorden er planeten for langt unna til at Hubble kan vise detaljer i atmosfæren direkte.
Illustrasjon: NASA, ESA, Y. Zhou (University of Arizona), and P. Jeffries (STScI)

Men planeten er ikke fremmed for astronomene som først oppdaget kjempeplaneten med romteleskopet Hubble for ti år siden. Observasjonene avslørte dengang at planetens atmosfære er varm nok til å ha regnskyer laget av silikater: fordampet stein som kjølner for å danne små partikler på størrelse med slike som befinner seg i sigarettrøyk. Dypere ned i atmosfæren danner det seg jerndråper som faller som regn og som til slutt fordamper mens de beveger seg ned i lavere atmosfærelag.

Siden gasskjempen er tydeligst i infrarødt lys, tyder dette på at den er svært varm. «I høyere atmosfærelag regner det glass, mens det i lavere lag regner jern», ifølge Yifan Zhou, førsteforfatter av et forskningsarbeid ved Universitetet i Arizona. Temperaturen i atmosfæren er mellom 1200 og 1400 grader Celsius – ikke en planet å ha i bakhodet når vi i fremtiden må lete etter alternative planeter å bo på. Og årsaken til at den er såpass varm, er at planeten er svært ung – bare er 10 millioner år gammel – og dermed fortsatt trekker seg sammen og får varme fra sammentrekningen. Til sammenligning er vår egen Jupiter bare 4,5 milliarder år.

Planeten går i bane rundt en «mislykket» stjerne (dvs. at den har for liten masse til å kunne bli en stjerne), den brune dvergen 2M1207, en avstand på 8 milliarder kilometer. Til sammenligning befinner Jupiter seg ca. 800 millioner kilometer fra Solen.

Bilde av den brune dvergen 2M1207A og dens ledsager.
Foto: NASA, ESA, and Y. Zhou (University of Arizona)

Nærbilde av den brune dvergen 2M1207A.
Foto: NASA, ESA, and Y. Zhou (University of Arizona)

Ifølge Daniel Apai, leder for forskningsprosjektet ved Universitetet i Tucson, Arizona, er dette resultatet ekstremt spennende siden det gir forskerne en unik teknikk for å utforske atmosfærer på exoplaneter og å måle deres rotasjonshastighet.

Hubbles bildestabilitet og høye bildeoppløsning gjorde astronomene i stand til å gjøre presise målinger i planetens variasjon i lysstyrke mens den roterer, og hevder at variasjonen skyldes komplekse skyformasjoner i planetens atmosfære. Ikke bare bekrefter de nye målingene tilstedeværelsen av disse skyene, men viser også at skylagene er flekkete og fargeløse.

Planeten vil likevel ikke opprettholde disse ekstreme temperaturene. I løpet av de neste 5 milliarder årene vil den nemlig kjølne og avta dramatisk i lysstyrke. Og mens temperaturene minker vil jern- og silikatskyene dannes lenger og lenger ned i atmosfæren og til slutt bli borte.

Superkjempen er bare 5-7 ganger mindre massiv enn den brune dvergen den går i bane rundt. Til sammenligning har Solen ca. 1000 ganger større masse enn Jupiter. Ifølge Zhou er dette et veldig godt tegn på at 2M1207-systemet ble dannet på en annen måte enn vårt eget solsystem. Planetene som går i bane rundt Solen ble dannet inne i en skive mens de vokste, mens 2M1207b og dens ledsager kan ha blitt til gjennom en gravitasjonskollaps av to uavhengige skiver av støv og gass.

Ifølge Apai viser dette at Hubble og dens etterfølger, NASAs James Webb Space Telescope (JWST), kan brukes til å lage skykart over exoplaneter basert på lyset vi mottar fra disse. Faktisk er denne planeten et ideelt mål for James Webb-teleskopet som skal filme i infrarødt og skytes opp i 2018. Teleskopet vil hjelpe astronomene å bedre bestemme exoplaneters atmosfæriske sammensetning samt utarbeide detaljerte kart over lysstyrkevariasjoner med den nye teknikken som nå er demonstrert med Hubbleobservasjonene. Resultatene fra dette studiet ble presentert i The Astrophysical Journal 18. februar 2016.

Fullskalaversjon av James Webb-teleskopet som skal skytes opp i 2018.
Foto: : NASA/Chris Gunn

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

MER INFORMASJON

Pressemelding fra STScI