23. maj 2022

Planeter omkring dobbeltstjerner som mulige hjemsteder for liv i rummet

Planeter

Knap halvdelen af stjernerne med samme størrelse som Solen er dobbeltstjerner. Forskningsresultater fra Københavns Universitet tyder på, at planetsystemer dannes på en helt anden måde omkring dobbeltstjerner end omkring enkeltstjerner. Opdagelsen kan være vigtig for udpegningen af mål for jagten på liv i rummet.

ALMA-teleskoperne
ALMA-teleskoperne i Chile (foto: ESO/S. Guisard)

Jorden er indtil videre det eneste sted, hvor vi med sikkerhed har påvist liv.  Og da Jorden er i kredsløb om Solen, er det nærliggende, at forskere, som leder efter liv i rummet, interesserer sig for planetsystemer omkring stjerner af nogenlunde samme størrelse som Solen. Knap halvdelen af stjernerne i den kategori er dobbeltstjerner. Nye forskningsresultater fra Københavns Universitet peger på, at planetsystemer omkring dobbeltstjerner dannes på en markant anderledes måde end planetsystemer omkring enkeltstjerner.

“Opdagelsen er især spændende, fordi en række særdeles kraftige nye instrumenter er på vej til at indgå i jagten på liv i rummet. Det øger værdien af at forstå, hvordan planeter dannes omkring forskellige typer af stjerner. Resultaterne kan være med til udpege steder, som vil være særligt interessante at undersøge for eksistensen af liv,” siger lederen af projektet, professor Jes Kristian Jørgensen, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Resultaterne fra projektet, som også har deltagelse af astronomer fra Taiwan og USA, er netop offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

Udbrud former planetsystemet

De nye resultater er opnået ud fra observationer af en ung dobbeltstjerne, som befinder sig ca. 1.000 lysår fra Jorden. Observationerne er foretaget af ALMA teleskoperne i Chile. Dobbeltstjerne-systemet NGC 1333-IRAS2A er omgivet af en skive bestående af gas og støv. Umiddelbart giver observationerne kun et øjebliksbillede fra systemets udvikling, men forskerholdet har suppleret med computersimuleringer, som rækker både tilbage og frem i tiden.

”Observationerne tillader os at zoome ind på stjernerne og studere, hvordan støv og gas bevæger sig ind mod skiven. Simuleringerne fortæller os, hvilken fysik, som er i spil. Dermed kan vi se, hvordan stjernerne har udviklet sig frem til det punkt, hvor vi observerer dem, og også, hvordan de vil udvikle sig fremadrettet,” forklarer postdoc Rajika L. Kuruwita, Niels Bohr Institutet, medforfatter til artiklen i Nature.

Simulation af dobbeltstjerne
Simulation af dobbeltstjerne (fra den videnskabelige artikel af Jørgensen, Kuruwita et al.)

Vel at mærke er bevægelsen af gas og støv ikke konstant. Ca. en gang hvert tusinde år indtræffer nogle relativt kortvarige begivenheder – hver især med en varighed mellem ti og hundrede år – hvor bevægelsen bliver meget kraftig. Her lyser dobbeltstjernen mellem ti og hundrede gange kraftigere, inden den falder tilbage til sin normale tilstand.

Forskerne mener, at det cykliske mønster netop skyldes, at der er tale om en dobbeltstjerne. De to stjerner kredser om hinanden, og med bestemte intervaller kommer deres samlede tyngdekraft til at påvirke den omgivende skive af gas og støv sådan, at store mængder af materiale falder ind mod dobbeltstjernen.

”Det faldende materiale udløser en betydelig forøgelse af temperaturen. Varmen får stjernen til at lyse langt kraftigere end normalt,” siger Rajika L. Kuruwita, som tilføjer:

”Udbruddene river skiven af gas og støv i stykker. Skiven gendannes senere, men udbruddene kan ikke desto mindre få betydning for strukturen af det senere planetsystem omkring dobbeltstjernen.”

Kometer bærer på byggesten til liv

Den observerede dobbeltstjerne er så ung, at der endnu ikke er dannet et planetsystem omkring den. Forskerholdet håber på at få mere observationstid på ALMA, så det bliver muligt at observere dannelse af planetsystemer omkring andre dobbeltstjerner.

Samtidig vil det i så fald ikke kun være planeter, der er i fokus, men også kometer:

”Sandsynligvis spiller kometer en nøglerolle for, at der kan opstå liv. Kometer har ofte et betydeligt indhold af is, hvor der er organiske molekyler til stede. Det er meget tænkeligt, at de organiske molekyler bliver bevaret i kometer under perioder, hvor en planet er gold, og at senere kometnedslag bringer molekylerne ned til planetens overflade,” siger Jes Kristian Jørgensen.

I den forbindelse er det vigtigt at forstå udbruddenes rolle:

”Varmeudviklingen, som udbruddene forårsager, vil få støvkorn og isen omkring dem til at fordampe. Det kan meget vel ændre den kemiske sammensætning af det materiale, som planeterne dannes af.”

Af samme årsag er kemi en del af forskningen:

”De bølgelængder, som ALMA arbejder ved, tillader os at se organiske molekyler med 9-12 atomer, som indeholder kulstof. Denne type molekyler kan være byggesten for mere komplekse molekyler, der er afgørende for eksistensen af biologisk liv.  Et eksempel kunne være aminosyrer, som faktisk er blevet fundet i kometer.”

Jagten på liv i rummet får kraftfulde værktøjer

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) er ikke et enkelt instrument, men 66 samarbejdende teleskoper. Det giver en langt bedre opløsning, end man kunne have opnået med et enkelt teleskop.

Meget snart kommer det nye rumteleskop James Webb Space Telescope (JWST) til at indgå i jagten på liv i rummet. Og mod slutningen af årtiet vil JWST blive suppleret med ELT (European Large Telescope) og den ekstremt kraftige SKA (Square Kilometer Array), begge planlagt til at komme i drift i 2027. Med sit 39-meter spejl bliver ELT verdens største optiske teleskop, velegnet til at observere atmosfæren omkring exoplaneter – planeter uden for Solsystemet. SKA, der kommer til at bestå af tusindvis af samarbejdende teleskoper i Sydafrika og Australien, vil arbejde med længere bølgelængder end ALMA.

”Med SKA bliver det muligt at observere komplekse organiske molekyler direkte. James Webb Space Telescope arbejder i det infrarøde område, som er særligt velegnet til studier af molekyler i is. Endelig har vi stadig ALMA, som er meget velegnet til at observere molekyler på gasform. Og når vi kombinerer data fra de forskellige instrumenter, vil der opstå et væld af spændende resultater,” sammenfatter Jes Kristian Jørgensen.

Kontakt

Jes Kristian Jørgensen
Professor
Astrofysik og planetsystemer
Niels Bohr Institutet
Københavns Universitet
jeskj@nbi.ku.dk
+45 35 32 41 86

Rajika L. Kuruwita
Postdoc
Astrofysik og planetsystemer
Niels Bohr Institutet
Københavns Universitet
rajika.kuruwita@nbi.ku.dk
+45 35 32 79 98

Maria Hornbek
Journalist
Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Københavns Universitet
maho@science.ku.dk 
+45 22 95 42 83

Læs også