I år fejrer astronomerne 20-året for opdagelsen af den første exoplanet i 1995. Naturligvis blev denne første planet, 51 Pegasi b, berømt – men det var ikke alene, fordi det var den første.
For 51 Pegasi b er en planet af en type, som astronomerne simpelthen ikke mente kunne eksistere.
I dag kender vi op mod 2.000 exoplaneter, og de mange nye planeter har vist, at vi må udvide vor opfattelse af, hvordan planeter kan være.
Der findes nogle meget mærkelige planeter i Mælkevejen, og derfor har astronomerne været nødt til at opstille nye teorier for, hvordan planeter dannes. Men det er ganske tankevækkende, at kun 31 af disse knap 2.000 planeter vurderes til at være beboelige.
Desuden er der sat et stort spørgsmålstegn ved, om vort solsystem er typisk.
De første exoplaneter var næsten for mærkelige
Måske er det lidt uretfærdigt, at vi fejrer 20-året netop nu, for i virkeligheden blev de første planeter uden for vort solsystem opdaget allerede i 1992. Men de er så mærkelige, at de ikke altid regnes med i det gode selskab af planeter, der kredser om en almindelig stjerne.
Disse allerførste planeter blev nemlig opdaget af radioastronomer, der analyserede data fra pulsaren PSR 1257+12. En pulsar er en hurtigt roterende neutronstjerne med en diameter på 20-30 kilometer og med en så høj massefylde, at et knappenålshoved af stof fra stjernen vejer det samme som et hangarskib.
Neutronstjernerne dannes i supernovaudbrud, hvor de centrale dele af stjernen kollapser til en neutronstjerne.
Ingen havde ventet at finde planeter omkring en neutronstjerne. Al sund sans og logik sagde, at en supernova vil udslette enhver planet, der måtte have kredset om stjernen. Men i dag kender vi tre planeter omkring pulsaren, og vi har fundet endnu en pulsar med en bekræftet planet.
Den eneste mulige forklaring er, at planeterne på en eller anden måde er dannet efter eksplosionen fra de gasmasser, som supernovaen slyngede ud i rummet – eller det er nogle små rester af engang store gasplaneter, hvoraf det meste fordampede ved eksplosionen.
Det gode selskab
Pulsarplaneter er stadig i en klasse for sig. Når vi taler om exoplaneter, så mener vi normalt planeter, der kredser om almindelige stjerner. Men det gør dem nu ikke mindre mærkelige.
Således var det i 1995 meget svært for astronomerne at forstå, hvordan en planet som 51 Pegasi b overhovedet kunne findes.
Planeten har en masse på mindst halvdelen af Jupiters masse, og den er en gasplanet af samme type som Jupiter. Men den er kun fire døgn om at kredse en gang omkring sin stjerne, og det betyder, at dens afstand til stjernen kun er 7,5 millioner kilometer, så planeten må være meget varm med en temperatur på næsten 1.300 grader.
Ifølge teorien kan en gasplanet slet ikke dannes så tæt på en stjerne. Den kan kun dannes langt borte fra stjernen, hvor temperaturen er lav. Det er jo derfor, gasplaneterne i vort solsystem findes i de kolde, ydre dele af solsystemet.
Fra Hot Jupiters til Superjorde
51 Pegasi b var blot den første de såkaldte 'Hot Jupiters' – store gasplaneter, som befandt sig i baner, hvor de slet ikke burde findes. Til gengæld ved vi i dag, at Hot Jupiters i virkeligheden er ret sjældne.
Men det skulle blive værre endnu. Man begyndte at opdage en type planeter, vi slet ikke kender fra vort solsystem.
Det er planeter med to til ti gange Jordens masse, og det har nu vist sig at denne type planeter måske er den mest almindelige type exoplanet, da de er fundet om mindst 40 procent af de sollignende stjerner, man har undersøgt.
Man diskuterer meget, om disse planeter er 'superjordkloder' opbygget af metal og klippe ligesom Jorden eller 'Mini-Neptun' planeter ligesom Neptun i vort solsystem, der har en lille kerne af metal og klippe, men ellers er opbygget af forskellige slags is omgivet af en tæt atmosfære af brint og Helium. Neptun har i øvrigt en masse på 17 gange Jordens masse.
Men uanset, hvordan de er opbygget, så kredser mange af disse store planeter også meget tæt på deres stjerne – og det fører os til den tredje store opdagelse, nemlig at små og meget kompakte planetsystemer er ret almindelige.
Vi kender således flere planetsystemer hvor alle planeterne kredser i baner, der i vort solsystem ville befinde sig inden for Merkurs bane. Det gælder især for 'superjordene', hvor man typisk finder systemer, hvor to til fire planeter af denne type klemmer sig sammen i baner, der i vort solsystem ville befinde sig et godt stykke inden for Merkurs bane.
Jagten på de cirkulære baner
I vort solsystem kredser alle planeter i næsten samme plan, kaldet ekliptikas plan. Desuden er banerne i de fleste tilfælde tæt på at være cirkelrunde.
Men blandt exoplaneter finder vi mange gasplaneter med ret aflange baner, og det er heller ikke altid, at de pænt ligger i samme plan. Dette gælder for mindst 10 procent af de store gasplaneter.
Nu anses cirkulære baner for at være afgørende for om en exoplanet kan rumme liv – planeter med meget aflange baner har et alt for varierende klima.
Men en ny undersøgelse, hvor også danske forskere fra Aarhus Universitet har deltaget, tyder på, at de mindre exoplaneter af størrelse som Jorden har cirkulære baner, mens det er de store gasplaneter, der kan have de meget aflange baner.
Nu blev der kun undersøgt 74 exoplanter, der kredsede om i alt 28 stjerner, og det er nok et for lille materiale til at danne grundlag for en sikker statistik.
Men i alle tilfælde vil store gasplaneter af Jupiters størrelse i meget aflange baner nok ødelægge enhver mulighed for at finde beboelige planeter. Når de passerer gennem et planetsystem, vil de nemlig med deres meget stærke tyngdekraft let kunne slynge planeter af Jordens størrelse enten langt ud i rummet eller ind mod stjernen.
Nye teorier: Migration og Scattering
Man må sige, at astronomerne har taget udfordringen fra exoplaneterne op. Der er kommet nye teorier for dannelse af planetsystemer, og man er for alvor begyndt at tænke over, om vort meget udstrakte solsystem med planeter i næsten cirkulære baner er noget af en sjældenhed.
De to nye nøgleord er Migration og Scattering (Spredning).
Migration er en proces, der kan flytte en planet bort fra det sted, hvor den er dannet, og scattering en proces, hvor to planeter passerer så tæt forbi hinanden, at de markant får ændret deres baner.
Man mener stadig, at planeter er dannet ud fra en stor skive af gas og støv. Det nye er, at man nu ser på, hvordan en tæt gasskive kan påvirke en nydannet planet. Her viser simulationer på computer, at hvis skiven er tilstrækkelig tæt og har masse nok, så kan den godt flytte selv en stor planet som Jupiter langt ind mod stjernen – få den til at migrere - og dermed forklare 'Hot Jupiters'.
De aflange baner kan meget vel være resultatet af scattering, hvor store gasplaneter, måske under migrationen, er kommet så tæt på hinanden at en af dem har fået en meget aflang bane, og den anden måske er slynget helt ud af planetsystemet.
Men meget er endnu uafklaret. Således viser simulationer, at mange af de meget kompakte planetsystemer er ustabile, således at planeterne på et tidspunkt vil støde ind i hinanden.
Der er også et problem med den ellers meget populære migrationsteori: De fleste simulationer viser nemlig, at planeter der migrerer ind mod deres stjerne, ikke ender i en meget snæver bane, men ender med at falde helt ind i stjernen.
Det helt store problem er dog at forklare, hvorfor vort solsystem er endt med at falde så pænt og stabilt ud med de store gasplaneter ude i sikker afstand. Det er dog lidt mærkeligt, at vi ikke har nogen af de superjorde, der er så almindelige i andre planetsystemer.
Der er rigtig meget, vi endnu ikke ved.
