I jakten på extra solplaneter kan astronomer och entusiaster förlåtas för att vara lite optimistiska. Under upptäckten av tusentals steniga planeter, gasjättar och andra himmelkroppar, är det för mycket att hoppas att vi en dag kan hitta en äkta jordanalog? Inte bara en ”jordliknande” planet (vilket innebär en stenig kropp av jämförbar storlek) utan en verklig Earth 2.0?
Detta har verkligen varit ett av målen för exoplanetjägare, som söker närliggande stjärnsystem för planeter som inte bara är steniga, utan går i en stjärnbebyggd zon, visar tecken på en atmosfär och har vatten på sina ytor. Men enligt en ny studie av Alexey G. Butkevich - en astrofysiker från Pulkovo Observatory i St. Petersburg, Ryssland - kunde våra försök att upptäcka Earth 2.0 hindras av jorden själv!
Butkevichs studie, med titeln "Astrometrisk Exoplanet Detectability and the Earth Orbital Motion", publicerades nyligen i Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. För sin studie undersökte Dr. Butkevich hur förändringar i jordens egen omloppsläge kan göra det svårare att utföra mätningar av en stjärns rörelse runt dess systems barycenter.
Denna metod för upptäckt av exoplanet, där rörelsen av en stjärna runt stjärnsystemets masscentrum (barycenter), är känd som Astrometic Method. I huvudsak försöker astronomer bestämma om förekomsten av gravitationsfält runt en stjärna (dvs planeter) får stjärnan att vingla fram och tillbaka. Detta är verkligen sant för solsystemet, där vår sol dras fram och tillbaka runt ett gemensamt centrum genom dragningen av alla dess planeter.
Tidigare har denna teknik använts för att identifiera binära stjärnor med en hög grad av precision. Under de senaste decennierna har det betraktats som en livskraftig metod för exoplanetjakt. Detta är ingen lätt uppgift eftersom wobblarna är ganska svåra att upptäcka på de inblandade avstånden. Och tills nyligen var den precisionsnivå som krävs för att upptäcka dessa förändringar i centrum av instrumentkänsligheten.
Detta förändras snabbt tack vare förbättrade instrument som möjliggör noggrannhet ner till mikrotransekundet. Ett bra exempel på detta är ESA: s Gaia-rymdskepp som distribuerades 2013 för att katalogisera och mäta de relativa rörelserna för miljarder stjärnor i vår galax. Med tanke på att det kan utföra mätningar vid 10 mikroarcsekunder, tros det att detta uppdrag kan göra astrometriska mätningar för att hitta exoplaneter.
Men som Butkevich förklarade, det finns andra problem när det gäller denna metod. "Standard astrometrisk modell bygger på antagandet att stjärnor rör sig jämnt i förhållande till solsystemets barycentre," säger han. Men när han fortsätter att förklara, när han undersöker effekterna av jordens orbitalrörelse på astrometrisk detektion, finns det en korrelation mellan jordens bana och en stjärnas position relativt dess systembarycenter.
För att uttrycka det på ett annat sätt undersökte Dr. Butkevich huruvida vår planets rörelse runt solen och solens rörelse runt dess massmitten kan ha en avbrytande effekt på parallaxmätningar av andra stjärnor. Detta skulle effektivt göra alla mätningar av en stjärns rörelse, utformad för att se om det fanns några planeter som kretsar runt den, effektivt värdelös. Eller som Dr. Butkevich uttalade i sin studie:
”Det är tydligt av enkla geometriska överväganden att i sådana system kan värdstjärnans orbitalrörelse, under vissa förhållanden, observeras nära den parallaktiska effekten eller till och med inte skilja sig från den. Det betyder att orbitalrörelsen kan absorberas delvis eller helt av parallaxparametrarna. ”
Detta gäller särskilt system där en planets omloppsperiod var ett år och som hade en bana som placerade den nära solens ekliptik - dvs som jordens egen bana! Så i princip skulle astronomer inte kunna upptäcka Earth 2.0 med hjälp av astrometriska mätningar, eftersom jordens egna omloppsbana och solens egen wobble skulle göra detektering nära omöjligt.
Som Dr. Butkevich säger i sina slutsatser:
”Vi presenterar en analys av effekterna av jordens orbitalrörelse på astrometrisk detekterbarhet av exoplanetära system. Vi demonstrerade att om en planet är nära ett år och dess omloppsplan är nästan parallellt med ekliptiken, kan orbitalrörelsen hos värden helt eller delvis absorberas av parallaxparametern. Om full absorption inträffar är planeten astrometriskt omöjlig att upptäcka. ”
Lyckligtvis har exoplanetjägare en mängd andra metoder att välja mellan, inklusive direkta och indirekta mätningar. Och när det gäller att upptäcka planeter runt angränsande stjärnor, är två av de mest effektiva att mäta Doppler-förskjutningar i stjärnor (alias Radial Velocity Method) och doppas i en stjärns ljusstyrka (aka Transit Method).
Ändå lider dessa metoder av deras egen del av nackdelarna, och att veta deras begränsningar är det första steget i att förfina dem. I detta avseende har Dr. Butkevichs studie ekon av heliocentrism och relativitet, där vi påminns om att vår egen referenspunkt inte är fixerad i rymden, och kan påverka våra observationer.
Jakten på exoplaneter förväntas också dra stor nytta av utplacering av nästa generations instrument som James Webb Space Telescope, the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) och andra.
