Stefna á að finna nýja jörð

Merki um vænlegar fjarreikistjörnur sem gætu líkst jörðinni hafa þegar fundist með nýju og nákvæmu litrófsgreiningartæki sem Guðmundur Kári Stefánsson, íslenskur doktorsnemi í stjörnufræði, hefur unnið að undanfarin ár. Hann er á meðal hundruð stjarnvísindamanna sem taka þátt í einni stærstu fjarreikistjörnuráðstefnu heims sem hófst í Reykjavík í dag.

Bandaríska stjörnufræðifélagið (AAS) skipuleggur ráðstefnuna í Hörpu í samstarfi við íslenska vísindamenn en yfirskrift hennar er „Öfgakennd sólkerfi“. Sérstök áhersla verður á leitina að hnöttum þar sem líf gæti hafa kviknað, þrifist og þróast. Ráðstefnan er sú fjórða í röðinni og hafa fundarstaðirnir verið valdir í samræmi við umfjöllunarefnið. Ísland varð fyrir valinu nú en áður hafa eldfjallaeyjurnar Santorini og Havaí hýst hana. Búist er við um sex hundruð ráðstefnugestum úr röðum fremstu fjarreikistjörnufræðinga heims.

Aðeins eru tæp þrjátíu ár frá því að mannkynið fann reikistjörnu utan sólkerfisins okkar í fyrsta skipti. Síðan þá hafa meira en fjögur þúsund fjarreikistjörnur á braut um fjarlægar sólstjörnur fundist.

Flestar þeirra eru þó öfgakenndar bornar saman við jörðina og sólkerfið okkar. Þær eru gjarnan mun stærri en jörðin, oft gasrisar sem eru líkari Júpíter eða Neptúnusi, þær ganga mun nær móðurstjörnum sínum og mun hraðar. Fyrir vikið eru aðstæður á þeim líklega ekki vænlegar fyrir líf eins og við þekkjum það á jörðinni.

Heilagi kaleikur fjarreikistjörnurannsókna er því að finna bergreikistjörnu sem á meira sameiginlegt með jörðinni. Vonir standa til að í framtíðinni verði jafnframt hægt að rannsaka lofthjúp slíkrar bergreikistjörnu til að finna þar vísbendingar um líf.

Sérhannaður til að finna bergreikistjörnur á lífvænlegum slóðum

Ástæður þess að fjarreikistjörnurnar sem hafa fundist til þessa eru yfirleitt stærri en jörðin og ganga hratt um móðurstjörnu sína má rekja til aðferðanna sem er beitt til að finna þær. Annars vegar greina vísindamenn návist reikistjarna í kringum stjörnur með þyngdarárifum þeirra á stjörnurnar. Eftir því sem reikistjörnurnar eru stærri og massameiri aukast líkurnar á að menn finni þær.

Hins vegar finna menn reikistjörnurnar með því að skima yfir hluta næturhiminsins með sjónauka og reyna að greina örlita breytingu á birtu stjarnanna þegar reikistjarna gengur á milli þeirra og jarðarinnar. Því er líklegra að menn komi auga á reikistjörnu sem fer hratt í kringum móðurstjörnuna, ef til vill á aðeins nokkrum dögum, en þær sem taka heilt ár að ganga hringinn eins og jörðin eða þaðan af meira.

„Eftir því sem tækninni hefur fleygt fram höfum við funduð smærri fjarreikistjörnur sem eru á lengri umferðartímum,“ segir Guðmundur Kári sem er doktorsnemi við Ríkisháskólann í Pennsylvaníu í Bandaríkjunum.

Hann hefur ásamt samstarfsfólki sínu unnið að HPF-litrófsgreininum svonefnda. Það er tæki sem er sérstaklega hannað til að finna bergreikistjörnur í lífbelti svonefndra rauðra dverga, algengustu tegund sólstjarna í Vetrarbrautinni. Lífbelti stjarna er það svæði í kringum þá þar sem aðstæður gætu boðið upp á fljótandi vatn á yfirborði reikistjörnu, forsendu lífs eins og menn þekkja það.

Í samtali við Vísi segir Guðmundur Kári að þegar hafi fundist mögulegar bergreikistjörnur með HPF-tækinu eftir að það var tekið í notkun árið 2017.

„Við sjáum spennandi ný merki sem við erum ekki alveg viss um hvort að séu pláneta eða ekki alveg strax, við þurfum aðeins meiri mælingar til að staðfesta það, en þetta lítur mjög spennandi út,“ segir Guðmundur Kári.

Mældu sporbrautina og komust nær uppruna sólkerfisins

Þrátt fyrir að þrjár af hverjum fjórum sólstjörnum í Vetrarbrautunni séu rauðir dvergar hefur vísindamönnum reynst erfiðara að rannsaka þá og leita að reikistjörnum á braut um þá en aðrar stjörnur. Þeir eru dimmir í sýnilegu ljósi og senda aðallega frá sér innrauða geislun. Eins eru þeir massaminni en stjörnur eins og sólin okkar. Lífbelti þeirra er ennfremur nær þeim en stærri stjörnum.

„Tækniþróunin á innrauðasviðinu hefur verið aðeins á eftir sýnilega sviðinu. Það er svo mikil þróun á sýnilega sviðinu með myndavélum á símum og svoleiðis. Við höfum bara verið að bíða þar til tækninni hefur fleygt fram til að skoða þá af meiri nákvæmni,“ útskýrir Guðmundur Kári.

HPF-háskerpulitrófsgreinirinn er sérstaklega hannaður til að nema innrauða geislun og svipta hulunni af rauðu dvergunum og umhverfi þeirra. Hann er nákvæmasti litrófsgreinirinn af þessu tagi.

Helsta afrek mælitækisins til þessa eru mælingar á fjarreikistjörnunni K2-25b sem er í um 150 ljósára fjarlægð frá jörðinni í lausþyrpingunni Regnstirninu í stjörnumerkinu nautinu. K2-25b er á stærð við Neptúnus og gengur um rauða dvergstjörnu á aðeins þremur og hálfum jarðneskum sólarhring.

Með því að gera litrófsgreiningu á birtu móðurstjörnunnar, K2-25, þegar reikistjarnan gekk fyrir hana frá jörðu séð gátu Guðmundur Kári og félagar reiknað út hornið á milli snúningsáss stjörnunnar og sporbrautar reikistjörnunnar.

Í ljós kom að braut K2-25b er samsíða miðbaug stjörnunnar sem gaf vísindamönnum betri hugmynd um uppruna sólkerfisins. Það varð að líkindum til úr gasskýi sem flattist út í þunna skífu þar sem síðar myndaðist að minnsta kosti þessi eina reikistjarna á þéttri braut um móðurstjörnuna.

Þetta var aðeins í annað skipti sem tekist hefur að gera slíkar athuganir á fjarreikistjörnu á braut um rauðan dverg.

Guðmundur Kári segir sólkerfið áhugavert fyrir þær sakir að vísindamenn þekki aldur þess. Það sé ungt á stjarnfræðilegan mælikvarða, aðeins um 600-800 milljón ára gamalt. Mælingarnar á K2-25 nú hjálpi vísindamönnum að púsla saman hvernig sólkerfi myndast og þróast í kringum rauða dverga.

Geta efnagreint lofthjúp reikistjarnanna

Litrófsgreinirinn við tíu metra Hobby-Eberly-sjónaukann við McDonald-stjörnusjónaukann í Vestur-Texas, sem Guðmundur Kári hefur tekið þátt í að smíða, getur einnig gagnast til að rannsaka lofthjúpa reikistjarna á braut um rauða dverga. Guðmundur Kári segir að háskólinn sé einnig með áætlun til að rannsaka þá

Þegar vísindamenn rannsaka þvergöngu fjarreikistjörnu fyrir móðurstjörnu sína skín hluti ljóssins frá stjörnunni í gegnum lofthjúp reikistjörnunnar.

„Með því að skoða litrófið geturðu séð hvar eru gleypnilínur í lofthjúpnum á plánetunni,“ segir Guðmundur Kári.

Gleypnilínur eru bil eða svartar línur í litrófi en þær svara til bylgjulengda ljóss sem mismunandi efni gleypa í sig. Þær gefa því vísbendingu um efnasamsetningu lofthjúpsins sem ljósið skín í gegnum.

Guðmundur Kári er nokkuð bjartsýnn á að hægt verði að finna fjarreikistjörnur sem eru líkari jörðinni en þær sem hafa fundist til þessa með litrófsgreininum.

„Það er planið,“ segir hann.

Ráðstefnan í Hörpu hefst í dag, mánudag, og stendur til föstudags. Tveir fyrirlestrar verða opnir almenningi og nemendum í Silfurbergi í Hörpu frá klukkan 18:00 til 19:30 á fimmtudagskvöld. Þar ætlar Lisa Kaltenegger, prófessor í stjörnufræði við Cornell-háskóla og forstöðumaður stofnunar Carls Sagan, að tala um leitina að systurjörð og Joshua Winn, stjarneðlisfræðingur við Princeton-háskóla, um furður fjarlægra sólkerfa.