Ny metod för att söka efter potentiellt beboeliga planeter

Med hjälp av ny teknik för att reducera störande ljus vid teleskopobservationer kan jordlika planeter i andra solsystem i vår närhet avbildas. Ett internationellt team av astronomer och fysiker, däribland forskare från Uppsala universitet, har med hjälp av en så kallad diamantkoronagraf sökt efter planeter i solsystemet Alfa Centauri, endast 4,4 ljusår bort. Metoden har visat lovande resultat. Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.

På grund av tekniska begränsningar har det hittills varit mycket svårt att ta direkta bilder av så kallade exoplaneter, det vill säga planeter utanför vårt solsystem. De bilder som finns är i de flesta fall på riktigt stora planeter, betydligt större än Jupiter, som kretsar kring mycket unga stjärnor. Ofta befinner sig planeterna också långt utanför den beboeliga zonen inom vilken flytande vatten kan finnas på planetytan och skapa förutsättningar för liv.

En framkomlig väg för att upptäcka jordlika planeter inom den beboeliga zonen runt stjärnor som liknar solen både till storlek och ålder, är att observera stjärnhimlen i infrarött ljus. I just de våglängderna lyser nämligen den här typen av planeter starkast. Men ett problem är att både atmosfären och själva teleskopet själva avger infrarött ljus och därför orsakar ljusstörningar.

Ett nytt system har utvecklats för att kunna avbilda mindre exoplaneter genom observationer under mycket lång tid, cirka 100 timmars observationstid, mitt i det infraröda spektrumet. Systemet har använts på Europeiska sydobservatoriet, ESO:s, teleskop VLT (Very Large Telescope) i Chile, och har uppnått en oöverträffad känslighet med hjälp av bland annat en koronagraf i diamant som designats och tillverkats vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet. Koronagrafer används för att reducera det bländade ljuset från en stjärna och framhäver på så sätt det svaga ljuset från eventuella planeter som omger den.

– Metoden skulle i bästa fall kunna avbilda planeter med ungefär tre gånger jordens diameter i den beboeliga zonen av Alfa Centauri A. Det motsvarar en förbättring med en faktor på tio jämfört med befintliga system för direkta observationer, säger Mikael Karlsson som leder forskningsgruppen inom diamantoptik vid Uppsala universitet.

Stjärnsystemet Alfa Centauri är vårt närmaste solsystem och ligger bara 4,4 ljusår bort. Från södra halvklotet är det synligt med blotta ögat och ser då ut som en enda starkt lysande stjärna. Men ett teleskop avslöjar att det består av två stjärnor: Alfa Centauri A och B som båda till storlek och ålder påminner om vår egen sol. De kretsar runt varandra och kan därför kategoriseras som en dubbelstjärna. Runt dem cirklar i sin tur en liten sval stjärna, en så kallad röd dvärg, känd som Proxima Centauri. Hittills har två planeter i trippelsystemet, båda i bana runt Proxima Centauri, bekräftats.

– Det här systemet var den bästa kandidaten för att testa vår metod, eftersom Alfa Centauri A och B liknar vår sol, men vi vet inte om det finns planeter som kretsar kring någon av dem, säger Pontus Forsberg forskare vid Uppsala universitet och den som tillverkat diamantkoronagrafen.

Efter att forskarna med hjälp av sin metod rensat bort störningar som med säkerhet kom från teleskopet och instrumenten framträdde en ljus punkt i bilden. Den skulle eventuellt kunna vara en planet i storleksordningen någonstans mellan Neptunus och Saturnus belägen på ungefär samma avstånd från Alfa Centauri A som jorden befinner sig från solen, dvs inom den beboeliga zonen.

– I detta skede, utan ytterligare observationskampanjer, kan vi dock inte utesluta att ljuset på något sätt kommer från våra instrument eller möjligen från ett asymmetriskt dammoln istället för en planet, säger Mikael Karlsson.

Forskarna jobbar nu vidare med att förfina designen och tillverkningen av diamantkoronagrafer så att det jättelika teleskopet ELT (Extremely Large Telescope), som just nu byggs i Chile, ska kunna utrustas med liknande komponenter inom fem till åtta år. En viktig uppgift för ELT kommer att bli att söka efter just exoplaneter. Och med den nya tekniken kommer det att vara möjligt att avbilda planeter lika små som jorden i Alfa Centauris och andra närbelägna stjärnors beboeliga zoner.

Diamantkoronagraferna är utvecklade tillsammans med Université de Liège och är resultatet av mer än tio år av teknisk utveckling med finansiering från Europeiska forskningsrådet, ERC. Studien ingår i Breakthrough Initiatives som är ett globalt astronomiskt program för att leta efter jordliknande planeter runt närliggande stjärnor.

För mer information kontakta:
Mikael Karlsson, docent vid Institutionen för materialvetenskap vid Uppsala universitet
Tel: 070-1679147, E-post: mikael.karlsson@angstrom.uu.se

Referens: K Wagner et al. (2021), Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-021-21176-6