Det næst nærmeste stjernesystem til Jorden er et af de mest intensivt studerede mål i galaksen. Astronomer har i årtier målt målinger af stjernernes små karakteristika ved at søge efter tegn på kredsende planeter, og gennem årene er antydninger af en mulig verdens trækning mod stjernen her og der - men intet blev nogensinde betragtet som afgørende.
Nu har astronomer imidlertid endelig afsløret stærke tegn på, at Barnard's Star, kun omkring seks lysår væk, har en eller flere planeter, der kredser rundt omkring sig.
Et team af forskere ved exoplanet-jagtinstitutionen Red Dots offentliggjorde en undersøgelse i dag i Nature, der sammenstiller mere end 20 års observationer af stjernen. Arbejdet trak en ganske usædvanlig planetarisk kandidat ud: En superkold planet, ca. 3, 2 gange Jordens masse, der cirkler sin stjerne hver 233 dage.
Kunstnerindtryk af Barnards Stjernens planet under det orange tonede lys fra stjernen. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) Barnards Star, en lille rød dværg, har længe været et førsteklasses mål for planterjagt. Fra 1963 til 1972 blev stjernen almindeligvis antaget at være vært for en eller flere gasgiganter, hvilket tegner sig for nogle af de tidligste ekstrasolære planer, der fik bred opmærksomhed. ”Planeterne” endte dog med at blive andet end et instrumenteringsproblem med Sproul-observatoriet i Swarthmore, Pennsylvania, hvis direktør, Peter van de Kamp, først hævdede eksistensen af planeter omkring stjernen.
Siden den tid har planetjæger efter planetjæger imidlertid peget deres teleskoper mod stjernen for tegn på noget, der er usædvanligt. Skønt Barnards Stjerne er det næst nærmeste stjernesystem til Jorden - efter de tre stjerner i Alpha Centauri-systemet - fortsatte astronomerne med tomhånd, indtil mange års data kunne erhverves.
Nu er denne kolde Super-Earth den næstkendte eksoplanet til Jorden efter Proxima Centaur b.
”I sidste ende tror vi fast nok på, at objektet er der, ” siger Ignasi Ribas fra Institut de Ciències de l'Espai og hovedforfatter af papiret. ”Vi er altid nødt til at forblive en smule forsigtige, og selvfølgelig skal flere data styrke sagen for det, men vi var sikre nok på, at vi var villige til at gå videre med offentliggørelsen.”
En del af udfordringen med at finde planeten stammer fra den metode, som astronomer brugte: radial hastighed (RV). Metoden med radial hastighed ser efter tyngdeforandringer, når en planet skubber eller trækker på sin stjerne. Metoden er fantastisk til at finde store planeter og er effektivt blevet brugt til at finde mindre, nærliggende planeter som Proxima Centauri b — men til at finde små, langt ude planeter, er det en helt anden sag.
Barnards Star b, som den nye planet er kendt, forårsager kun en 1, 2 meter i sekundet skift til stjernens radiale hastighed. De første planeter, der blev opdaget efter RV-metoden, forårsagede 13 meter per sekund ændringer, hvilket gjorde dette signal mindre end 10 procent styrken af andre vellykkede fund.
Cullen Blake, en professor i University of Pennsylvania, der ikke var involveret i undersøgelsen, siger, at nogle af RV-dataene potentielt kunne have været muddied af stjernernes aktivitet fra stjernen. Men ikke desto mindre bygger det store antal observationer en ret overbevisende sag om, at planeten er der.
”Det ser ud til, at der er en vis betydelig støj i form af stjerneaktivitet, som de har udarbejdet, ” siger han. "[Kandidaten] er meget stærk med hensyn til den statistiske betydning."
De første tip om, at Barnards planet var der, kom i 2015, da en af medforfatterne til avisen, Mikko Tuomi, kiggede på eksisterende radiale hastighedsdata fra stjernen og fandt, at noget ændrede sig i en periode på 233 dage. På det tidspunkt var sagen for et planetarisk objekt (i stedet for en slags aktivitet, der var i stjerne) ikke stærk nok til at stå på egen hånd.
Ribas og hans team brugte 800 forskellige observationer af Barnards Stjerne til at nedbringe usikkerheden om, at planeten eksisterede. Efter at have sammenbrudt antallet af årtiers data værd, forekommer eksistensen af Barnards Star b ret sikker - selvom det stadig forsigtige Red Dots-team stadig kalder det en planetkandidat.
Grafisk gengivelse af de relative afstande til de nærmeste stjerner fra solen. Barnards stjerne er det næst nærmeste stjernesystem og den nærmeste enkeltstjerne for os. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa) Og forskerne fandt også noget andet i dataene: svage bevis på en anden planet, der ville være kendt som Barnards Stjerne c. Denne spøgelsesrige anden planet i systemet, hvis den findes, anslås at have en lang orbitalperiode og omkring massen af Neptun. Det er endnu sværere at bevise eksistensen af gasplaneten, da dens 10-årige periode betyder, at den producerer et svagere signal. Det er dog værd at bemærke, at målingerne placerer planeten i en lignende periode som van de Kamp's påstande i 1960'erne.
Van de Kamp troede, at han så mindst to planeter, en på 12 år og en på en 25-årig bane, begge omkring Jupiters masse. Ledetrådene stammede fra astrometriske signaler, der ser efter afvigelse i stjerne fra en midtlinie på grund af indflydelsen fra en uset planet.
Det nye signal ser på den anden side ud til at indikere noget ved 15 jordmasser, hvilket usandsynligt viser et mærkbart astrometrisk signal fra Jorden. (I det nye papir nævnes, at Gaia, et rumbaseret astrometriobservatorium, muligvis kunne bekræfte planeten.) På grund af dens størrelse foretager planeten omkring 3 til 4 meter pr. Sekund radial hastighedsændring - stærkere end den anden planetkandidat, men uden det store antal observationer for at udelukke en alternativ forklaring.
”Vi hævder ikke, at dette på nogen måde er relateret til van de Kamp astrometriske planeter, ” siger Ribas. Han bemærker dog, at det er en interessant tilfældighed. ”Vi ser en vis variation. Det er kendt, at stjernerne viser aktivitetscyklusser, så dette kan være en cyklus af stjerneaktivitet [snarere end en planet]. ”
Den 233-dages periode for sneverdenen, Barnard's Star b, er langt uden for dens stjernes beboelige zone. Selvom planeten er tættere på sin stjerne end Jorden er for solen, er Barnards Stjerne meget lille og kold til sammenligning. Planeten går i kredsløb i et område, der er kendt som ”snelinien”, hvor klippekroge har en tendens til at vige plads for isligere kroppe. Papiret siger også, at der ikke er noget, der tyder på noget omkring jordmassen inden for den beboelige zone af Barnards Stjerne - selvom Mars-masseemner ikke er blevet udelukket.
Men selv hvis denne verden er for kold til livet, som vi kender den, markerer den en spændende opdagelse, da planeten er langt længere væk fra sin værtsstjerne end andre planeter, der findes, der kredser omkring små røde dværge (som Proxima Centauri b, der har en periode på kun 11 dage). Fra et udforskningsperspektiv er planeten tættere end nogen kendt exoplanet, bortset fra en, og om 10.000 år vil Barnards Star faktisk have flyttet ind for at blive den nærmeste stjerne til vores sol. Fysikere overvejer allerede mulige måder at lancere en miniatursonde til Proxima Centauri b, ca. 4, 2 lysår væk - og i fremtiden kunne Barnards Star b blive et andet mål.
”Min følelse er, at disse ting sandsynligvis er ret almindelige, men at udtrække dem er bare meget sværere, ” siger Blake om fjerne, små planeter med lang tid som Barnards Star b. ”Min gæt er, at der vil være flere kampagner som denne.”
