Under sökningen efter extra-solplaneter har några mycket intressanta fynd gjorts. Några av dem har till och med inträffat i vårt eget galaktiska område. För bara två år sedan tillkännagav astronomer från kampanjerna Red Dots och CARMENES upptäckten av Proxima b, en stenig planet som går i bana i vår bebodda zon hos vår närmaste stjärngranne - Proxima Centauri.
Denna steniga värld, som kan vara bebodd, förblir den närmaste exoplaneten som någonsin upptäckts till vårt solsystem. För några dagar sedan (den 14 november) tillkännagav Red Dots och CARMENES ett nytt fynd: en stenig planet som kretsar kring Barnards stjärna, som ligger bara 6 ljusår från jorden. Denna planet, Barnards Star b, är nu den näst närmaste exoplaneten till vårt solsystem och den närmaste planeten som kretsar runt en enda stjärna.
Upptäckten tillkännagavs i en artikel som nyligen dök upp i den vetenskapliga tidskriften Natur, med titeln ”En kandidat superjorden planet som kretsar nära snölinjen för Barnards stjärna”. Enligt deras studie förlitade sig den internationella observationskampanjen på data från ett världsomspännande utbud av teleskop som letade efter tecken på Doppler-förskjutning från Barnards Star (aka Radial Velocity Method).
Barnard's Star är uppkallad efter den amerikanska astronomen Edward Emerson Barnard och är en M-typ (röd dvärg) med låg massa, och är den närmaste enstjärnan till solen. Trots sin ålder (7–12 miljarder år) och låg aktivitetsnivå har denna stjärna den snabbaste synliga rörelsen för någon stjärna på natthimlen. Sedan 1997 mätte flera instrument denna stjärns fram och tillbaka rörelse (alias radiell hastighet) för att avgöra om den hade några kretsande planeter.
År 2015 visade analys av alla insamlade data att stjärnarörelsen kunde orsakas av en planet med en omloppsperiod på cirka 230 dagar. Dessa data inkluderade spektra som erhölls av ESO: s High Precision Radial hastighet Planet Searcher (HARPS) och Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) och Keck Observatory's High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES).
För att bekräfta detta genomförde kampanjerna Red Dots och CARMENES ytterligare mätningar av stjärnans radiella hastighet. Som Ignasi Ribas, chef för Monstec Astronomical Observatory och ledande författare för teamets studie, förklarade i ett nyligen pressmeddelande från ESO:
”För analysen använde vi observationer från sju olika instrument, som sträckte sig över 20 år, vilket gjorde detta till en av de största och mest omfattande datasätt som någonsin använts för exakta radiella hastighetsstudier. Kombinationen av all data ledde till totalt 771 mätningar. ”
”HARPS spelade en viktig roll i detta projekt. Vi kombinerade arkivdata från andra lag med nya, överlappande, mätningar av Barnards stjärna från olika anläggningar, ”tilllade Guillem Anglada Escudé, en forskare från Queen Mary University of London och forskarledaren för upptäckteamet. "Kombinationen av instrument var nyckeln till att vi kunde korsa vårt resultat."
Enligt deras uppgifter är Barnards Star b sannolikt en "superjord" (med en massa som är minst 3,2 gånger jorden). De bestämde också att den kretsar om sin stjärna med en period på 233 dagar och på ett avstånd av 0,4 AU (0,4 gånger avståndet mellan jorden och solen). Trots denna relativt nära omloppsbana innebär Barnards Stjärnas låga massa och ljusstyrka att planeten endast får cirka 2% av den energi som jorden får från solen.
Kombinerat med planetens bana placerar detta Barnards Star b nära systemets Frost Line, där flyktiga föreningar som vatten, koldioxid, ammoniak och metan kondenserar till fast is. Enligt teamets uppskattningar skulle planeten ha en genomsnittlig yttemperatur på -170 ° C, vilket gör den omöjlig för livet som vi känner den.
Detta var dock inte ett oväntat fynd. Enligt de nuvarande teorierna om planetbildning kan Frost Line vara den idealiska platsen för sådana planeter att bildas runt en stjärna. Dessutom tror astronomer att Super-Earths är den vanligaste typen av planet som bildas kring stjärnor med låg massa som Barnards Star. Dessa teorier ger tilltro till den senaste upptäckten.
"Efter en mycket noggrann analys är vi 99% säkra på att planeten är där," sade Ribas. "Men vi fortsätter att observera denna snabbt rörande stjärna för att utesluta möjliga, men osannolika, naturliga variationer av den stellar ljusstyrkan som kan maskeraderas som en planet."
I alla tidigare försök misslyckades astronomer med att upptäcka planeter runt Barnard Star med hjälp av Radial Velocity-metoden. I slutändan var det bara genom att kombinera mätningar från flera instrument med hög precision från hela världen som gjorde denna upptäckt möjlig. Som Ribas förklarade:
”Vi använde observationer från sju olika instrument och sträckte oss över 20 års mätningar, vilket gjorde detta till en av de största och mest omfattande datasätt som någonsin har använts för exakta radiella hastighetsstudier. Kombinationen av all data ledde till totalt 771 mätningar - en enorm mängd information! ”
Denna upptäckt var också en rungande prestation på grund av planeten som upptäcktes. Medan instrumenten som använts har kunnat mäta hastighetsförändringar i en stjärna med otrolig noggrannhet tidigare, är det första gången Radial Velocity-metoden har använts för att upptäcka en superjord i en så stor bana runt dess stjärna .
”Vi har alla arbetat mycket hårt för detta genombrott,” avslutade Anglada-Escudé. ”Denna upptäckt är resultatet av ett stort samarbete som organiserats i samband med Red Dots-projektet, som inkluderade bidrag från team över hela världen. Uppföljningsobservationer pågår redan vid olika observatorier över hela världen. ”
Förutom att validera de inblandade sofistikerade instrumenten är denna upptäckt ännu en demonstration av hur effektiv datadelning och samarbete mellan vetenskapliga institut runt om i världen kan vara. Sist, men inte minst, är denna senaste upptäckt i närheten av vårt solsystem säkert att uppmuntra liknande undersökningar av stjärnor i närheten.
Som Cristina Rodríguez-López, en forskare vid Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, CSIC) och medförfattare till tidningen, indikerade i ett pressmeddelande från Red Dots:
”Denna upptäckt innebär ett boost för att fortsätta söka efter exoplaneter runt våra närmaste stjärngrannar i hopp om att vi så småningom kommer att komma över en som har rätt förutsättningar för att vara värd för livet”.
Och även om denna närliggande planet kanske inte är idealisk för livet (som vi känner den), gör dess storlek och omloppsbana den till en utmärkt kandidat för direktavbildning med hjälp av nästa generations instrument. Förutom uppdrag som NASA: s James Webb rymdteleskop (JWST) och InfraRed Survey Telescope med brett fält (WFIRST) - som förväntas lansera 2021 respektive mitten av 2020-talet - planeten kan också observeras direkt av uppdrag som ESA: s Gaia rymdskepp.
I likhet med Proxima b och många andra närliggande exoplaneter, kan vi förvänta oss att höra mer om Barnards Star b under de kommande åren. Och se till att kolla in denna ESOcast som diskuterar den senaste upptäckten och dess betydelse:
