Hvad sker der med Jupiter, når solen dør?

Titel: en jovisk Analog, der kredser om en hvid dværgstjerne

forfattere: J. V. Blackman, J. P. Beaulieu, D. P. Bennett, C. Danielski, C. A. Cole, A. Vandorou, C. Ranc, S. K. Terry, A. Bhattacharya, I. Bond, E. Bachelet, D. Veras, N. Koshimoto, V. Batista & J. B. Markette

første forfatters institution: School of Natural Sciences, University of Tasmania, Hobart, Australien

status: Udgivet i Nature

har du nogensinde spekuleret på jordens skæbne? Mennesker har kun eksisteret i en lille brøkdel af Jordens levetid, siden den blev dannet. Selvom vi ikke kan forudsige, hvad der sker på jordens overflade, vil planeten som helhed sandsynligvis overleve milliarder af år ind i fremtiden. Jordens skæbne afhænger af solens skæbne, hvilket bringer os til studiet af stjernernes udvikling. I løbet af dets hovedsekvensstadium smelter solen brint til helium i sin kerne. Når brintet løber ud, bliver solen en rød kæmpe. Dens kerne vil trække sig sammen under tyngdekraften, og de ydre lag vil udvide sig forbi Merkurs bane. Jorden vil sandsynligvis blive opslugt af solen om cirka 8 milliarder år. Til sidst vil solen kaste sine ydre lag, og den resterende kerne vil være en hvid dværg, men jorden ville være langt væk da. Det er lidt trist at tro, at vores planet ikke vil overleve den aldrende sol, men hvad med andre planeter længere ude i solsystemet? Hvad med Jupiter eller planeter ud over det?

da vi ikke kan fremskynde udviklingen af solen, kan vi se efter andre planeter omkring andre stjerner, der er i de sene faser af deres liv. Hvis der er nogen eksoplaneter, der kredser om en rød kæmpe eller en hvid dværg, vil det give os et indblik i vores egen fremtid.

Sådan finder du planeter med mikrolinsering

de tre mest populære metoder til at detektere eksoplaneter er radial hastighed, transit og direkte billeddannelse. Med de to første metoder leder astronomer efter planetinducerede periodiske variationer i værtsstjernens hastighed eller lysstyrke. Effekten er mere mærkbar, hvis planeterne er større, mere massive, og hvis de kredser tættere på værtsstjernen. Den direkte billeddannelsesmetode fungerer bedst, når planeten er stor og kredser meget langt fra værtsstjernen. Disse detektionsforstyrrelser er ikke ideelle, når vi ønsker at finde planetariske systemer som vores egne. Af den grund henvender forfatterne af dagens papir sig til gravitationsmikrolensering.

mikrolinsningsteknikken registrerer forstørrelsen af en baggrundsstjerne på grund af tyngdekraften af et linseobjekt, der passerer foran det (se denne astrobite for en eksoplanetundersøgelse med denne teknik). Når en stjerne (linsen) passerer foran en anden (kilden), forstærker gravitationslinsen lyset fra kilden. Hvis linsestjernen har en planet, der kredser omkring den, og planeten ligger nær stjernens Einstein-ring, forårsager dens tyngdekraft en yderligere stigning i den målte intensitet fra kilden.

Linsebegivenheder er sjældne, men deres forekomst er mindre afhængig af planetens egenskaber, hvilket giver os en mere upartisk sonde af eksoplanetpopulationer. Derudover er linseteknikken følsom over for jordlignende planeter omkring kølige stjerner. Dette var den første metode, der var i stand til at detektere planeter af jordlignende masse omkring almindelige hovedsekvensstjerner.

planeten med en manglende vært

forfatterne af dagens papir opdagede en planet ved hjælp af mikrolinsering, men de registrerede ikke lys fra en hovedsekvensstjernevært. Den pågældende microlensing-begivenhed, MOA-2010-BLG-477lb, blev fundet af Microlensing Observations in Astrophysics collaboration i 2010. Forskerne passer modeller til mikrolinsens lyskurve, forudsat at værtsstjernen er en hovedsekvensstjerne og fandt ud af, at den bedste pasform er 0,15 til 0,93 solmasser. Den bedste pasform løsning har også en planet mellem 0,5 til 2,1 Jupiter masser. I betragtning af estimaterne af linsestjernens korrekte bevægelse kunne holdet forudsige, hvor det ville bevæge sig med hensyn til kildestjernen efter microlensing-begivenheden. De brugte Keck II-teleskopet til at opnå opfølgningsbilleder, vist i figur 2. Konturerne i panel c viser den forventede placering af den mulige hovedsekvens vært, men der er ingen stjerne at finde! Hvis der ikke er nogen hovedsekvensstjerne detekteret, men stjernens masse er kendt, hvad kunne værten muligvis være?

værten kan kun være en hvid dværg

linseanalysen begrænser den forudsagte lysstyrke af linsestjernen, som afhænger af den ukendte linseafstand. Fig. 3 viser, at rækkevidden af mulige hovedsekvenslinser til begivenheden alle ville være lysere end Keck-detektionsgrænsen. Da der ikke observeres en sådan stjerne, kan linsen ikke være en hovedsekvensstjerne. Linsestjernen kan heller ikke være en brun dværg, fordi linsesystemet er mindst 0, 15 solmasser. Tilsvarende udelukker den øvre massegrænse på 0,78 solmasser neutronstjerner og sorte huller som værtsstjerner. Da hovedsekvensstjerner, brune dværge, neutronstjerner og sorte huller udelukkes, konkluderer forfatterne, at linsen skal være en hvid dværg.

hvad betyder det?

hovedsekvensstjerner som vores sol udvikler sig voldsomt til hvide dværge. Vores jord vil sandsynligvis ikke overleve solens røde kæmpefase, men simuleringer forudsiger, at planeter i Jupiter-lignende baner kan overleve. Dette system er den første observerede Jupiter-analog, der kredser om en hvid dværg, bevis for, at planeter omkring hvide dværge kan overleve de gigantiske faser af deres værts udvikling. Dette system repræsenterer en mulig slutfase af Solen og Jupiter i vores eget Solsystem.

Astrobite redigeret af Macy Huston

fremhævet billedkredit: J. V. Blackman