På ett avstånd av 4,37 ljusår från jorden är Alpha Centauri det närmaste stjärnsystemet till vårt eget. I generationer har forskare och spekulativa tänkare funderat på om det kan ha ett planetsystem som vår egen sol, och huruvida det också kan finnas liv där. Tyvärr har de senaste ansträngningarna att lokalisera extra-solplaneter i detta stjärnsystem misslyckats, med potentiella upptäckter som senare visats vara resultatet av artefakter i uppgifterna.
Som svar på dessa misslyckade insatser utvecklas flera mer ambitiösa projekt för att hitta exoplaneter runt Alpha Centauri. Dessa inkluderar direktavbildande rymdteleskop som Project Blue och det interstellära uppdraget som kallas Breakthrough Starshot. Men enligt en ny studie ledd av forskare från Yale University kan befintliga data användas för att bestämma sannolikheten för planeter i detta system (och till och med vilken typ).
Studien som detaljerade sina resultat nyligen dök upp i The Astronomical Journalunder titeln ”Planet Detectability in the Alpha Centauri System”. Studien leddes av Lily Zhao, en doktorand från Yale University och en stipendiat vid National Science Foundation (NSF), och var författare av Debora Fischer, John Brewer och Matt Giguere från Yale och Bárbara Rojas-Ayala från Universidad Andrés Bello i Chile.
För sin studie undersökte Zhao och hennes team varför ansträngningarna att hitta planeter inom det närmaste stjärnsystemet till vårt hittills har misslyckats. Detta är överraskande när man överväger hur, statistiskt sett, Alpha Centauri är mycket troligt att ha ett system om sitt eget. Som professor Fischer påpekade i ett nyligen pressmeddelande från Yale News:
"Universum har berättat för oss att de vanligaste typerna av planeter är små planeter, och vår studie visar att det här är exakt de som troligen kommer att kretsa om Alpha Centauri A och B ... Eftersom Alpha Centauri är så nära är det vårt första stopp utanför vårt solsystem. Det finns nästan säkert att det finns små steniga planeter runt Alpha Centauri A och B. ”
Förutom att vara professor i astronomi vid Yale University är Debora Fischer också en av ledarna för Yale Exoplanets Group. Som expert på sitt område har Fischer ägnat decennier av sitt liv åt att forska exoplaneter och söka efter jordanaloger bortom vårt solsystem. Med delvis finansiering från NASA och National Science Foundation förlitade teamet sig på befintlig data som samlats in av några av de senaste exoplanetjaktinstrumenten.
Dessa inkluderade CHIRON, en spektrografi monterad på Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS) vid Cerro Telolo Inter-American Observatory (CTIO) i Chile. Det här instrumentet byggdes av Fischers team, och de uppgifter som den tillhandahöll kombinerades med High precision Radial hastighet Planet Searcher (HARPS) och Ultraviolet och Visual Echelle Spectrograph (UVES) instrument på ESO: s Very Large Telescope (VLT).
Med hjälp av tio års data som samlats in av dessa instrument skapade Zhao och hennes kollegor sedan ett rutnätssystem för Alpha Centauri-systemet. I stället för att leta efter tecken på planeter som fanns, använde de informationen för att utesluta vilka typer av planeter som inte kunde existera där. Som Zhao berättade för Space Magazine via e-post:
”Denna studie var speciell på det att den använde befintliga data från Alpha Centauri-systemet för att inte hitta planeter, utan för att karakterisera vilka planeter som inte kunde existera. Genom att göra det returnerade det mer information om systemet som helhet och ger vägledning för framtida observationer av detta unikt karismatiska system.
Dessutom analyserade teamet den kemiska sammansättningen av stjärnorna i Alpha Centauri-systemet för att lära sig mer om vilka typer av material som skulle vara tillgängliga för att bilda planeter. Baserat på de olika värdena som erhållits genom observationskampanjer genomförda av olika teleskoper på Alpha Centauris tre stjärnor (Alpha, Beta och Proxima), kunde de sätta begränsningar för vilken typ av planeter som kunde existera där.
"Vi fann att befintliga data utesluter planeter i den bebodda zonen över 53 jordmassor för alfa Centauri A, 8,4 jordmassor för Alpha Centauri B och 0,47 jordmassor för Proxima Centauri," sade Zhao. "När det gäller de kemiska kompositionerna fann vi att förhållandena mellan kol / syre och magnesium / kisel för Alpha Centauri A och B är ganska lika med solens."
I grunden utesluter resultaten av deras studie effektivt möjligheten för alla Jupiter-stora jättegiganter i Alpha Centauri-systemet. För Alpha Centauri A fann de vidare att planeter som var mindre än 50 jordmassor kunde existera, medan Alpha Centauri B kan ha planeter som är mindre än 8 jordmassor. För Proxima Centauri, som vi vet har minst en jordliknande planet, bestämde de sig att det kan finnas fler än hälften av jordens massa.
Förutom att erbjuda hopp för exoplanetjägare, har denna studie med sig några ganska intressanta konsekvenser för planetarisk livsmiljö. I grund och botten är förekomsten av steniga planeter i systemet uppmuntrande; men utan gasjättar kan en viktig ingrediens för att säkerställa att planeter förblir bebodlig saknas.
"[N] bara det kan fortfarande finnas bebodliga, jordmassa-planeter runt våra närmaste stjärngrannar, men det finns inte heller några gasjättar som kan äventyra överlevnaden för dessa potentiellt bebodda, klippiga planeter," sade Zhao. "Dessutom, om dessa planeter existerar, kommer de sannolikt att ha liknande kompositioner som vår helt egen jord med tanke på likheten i Alpha Cen A / B och vår älskade sol."
För närvarande finns det inga instrument som har kunnat bekräfta existensen av några exoplaneter i Alpha Centauri. Men som Zhao antydde, är hennes och hennes lagkamrater optimistiska att framtida undersökningar kommer att ha den nödvändiga känsligheten för att göra det:
"[T] hans månad har sett idrifttagandet av flera nästa generations instrument som lovar den nödvändiga precisionen för att upptäcka dessa möjliga planeter inom en snar framtid, och denna analys har visat att det med säkerhet är värt det att fortsätta titta!"
Dessa inkluderar den ESO-byggda Echelle SPectrograph för Rocky Exoplanet och Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) - som nyligen installerades vid Paranal Observatory - och EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES) byggd vid Yale University. Det sistnämnda instrumentet håller för närvarande på att genomföra ett observationsförlopp vid Lowell Observatory i Arizona, som Zhao deltar i.
"Dessa instrument lovar en precision på ner till 10-30 cm / s och borde kunna upptäcka många fler mindre och längre bort planeter - till exempel bebodda planeter runt Centauri-stjärnorna," sade Zhao. "Synfältet för dessa två instrument är något annorlunda (ESPRESSO har den södra halvklotet, där Alpha Centauri är, medan EXPRES täcker den norra halvklotet, till exempel där Kepler och många av K2-fälten är)."
Med nya instrument till sitt förfogande och metoder som den som Zhao och hennes team utvecklade, kommer det närmaste stjärnsystemet till jorden säkert att bli en veritabel skattkälla för astronomer och exoplanetjägare under de kommande åren. Och allt vi hittar där kommer säkert att bli mål för direkta studier av grupper som Project Blue och Breakthrough Starshot. Om ET bor intill, kommer vi säkert att höra om det snart!
