Astronomer jagar liv på avlägsna månar

I solsystemet frodas livet sannolikt på fyra månar – men bara på en planet. Så kan det också vara utanför solsystemet och på senare år har astronomerna finkammat främmande planeter efter spår av månar. Hittills utan större framgångar. Men nu kan forskarna ha lyckats – i ett stjärnsystem 8 000 ljusår från jorden.

En liten, regelbunden dipp i ljuset följt av en lite mindre dipp – som upprepas tre gånger. Det har fått astronomer att jubla eftersom de små variationerna i ljuset sannolikt är de första spåren på en måne i ett främmande solsystem – en så kallad exomåne.

Den potentiella exomånen har fått namnet Kepler-1625 b I och har hittats i de enorma mängderna data som Nasas rymdteleskop Kepler samlade in 2009–2013. Månen kretsar runt en solliknande stjärna som kallas Kepler-1625, cirka 8 000 ljusår från jorden.

Runt stjärnan kretsar en gasplanet som – till skillnad från gasjättar i solsystemet – är så nära sin stjärna att den befinner sig i den beboeliga zonen där liv i teorin kan uppstå.

Ljus avslöjade måne

Kepler-teleskopet upptäckte månen Kepler-1625 b I. Den har sedan bekräftats av Hubble-teleskopet som följde månen och planeten under en 19 timmar lång passage in framför stjärnan.

I praktiken har det dock knappast skett på den här planeten som saknar fast yta, men möjligtvis på den enorma måne som kretsar runt den.

Med en storlek i klass med planeten Neptunus är månen fyra gånger större än jorden och den liknar inget vi känner till från solsystemet.

Om månen är av sten kan den vara en perfekt plats för liv – och det är månen sannolikt inte ensam om.

Om de över 3 800 planeter man hittills har upptäckt runt främmande stjärnor enbart till en liten del liknar planeterna i solsystemet så myllrar det av livsdugliga exomånar. Och nu har astronomerna börjat leta efter dessa månar.

Månen bekräftades

Jakten på exomånar inleddes 2011 när astronomen David Kipping och hans kollegor på Columbia University i USA började finkamma data om exoplaneter som samlats in med Kepler-teleskopet efter spår på månar.

Kepler hittar en exoplanet när den i sin omloppsbana glider in framför stjärnan och därmed skymmer en del av stjärnans ljus. Om exoplaneten har en stor måne ökar skuggeffekten när månen befinner sig vid sidan av planeten, men inte när månen är antingen framför eller bakom planeten.

Därför får månen planetens skugga att variera, men bara i ytterst liten utsträckning och de flesta astronomer tvivlade därför på att den lilla flimrande skuggan från en exomåne kunde skiljas från planetens betydligt större skugga när det amerikanska forskarteamet inledde undersökningarna.

Tre teleskop jagar månar

Den potentiella exomånen Kepler-1625 b I hittades i de enorma mängder data som samlats in med rymdteleskopet Kepler och har sedan dess bekräftats av rymdteleskopet Hubble. Inte förrän James Webb-teleskopet skjuts upp 2021 får vi de första klara bilderna av exoplaneter.

  • Kepler hittar kandidaterna

    Kepler-teleskopet skickades upp 2009 och har undersökt en del motsvarande en kvarts procent av stjärnhimlen. Här har teleskopet med hjälp av den så kallade transitmetoden hittat över 2 600 exoplaneter samt upptäckt mindre stenplaneter 3 000 ljusår bort och stora gasplaneter 8 000 ljusår bort. Här, i utkanten av teleskopets synfält, upptäcktes också exomånen.

  • Hubble kollar mätningarna

    Med en spegel som är 2,4 meter stor har Hubble-teleskopet – som skickades upp 1990 och fortfarande fungerar – en skarpare syn än Kepler. Den har bland annat observerat en galax över 32 miljarder ljusår bort. Kepler följde den nyfunna månen och dess gasjätte under den senares 19 timmar långa passagen förbi stjärnan från början till slut.

  • James Webb tar bilder av månen

    Enligt planerna ska Nasa 2021 skicka upp rymdteleskopet James Webb, vilket innebär en ny fas i jakten på exomånar. Med en 6,5 meter stor spegel har teleskopet extremt skarp syn och är väl lämpad för att studera potentiella exomånar som hittats av Kepler och TESS. En nyhet är att James Webb sannolikt kan ta riktiga bilder av exomånar tack vare månarnas infraröda värmestrålning.

Det avskräckte dock inte David Kipping. Under de senaste åtta åren har hans forskarteam finkammat Keplers observationer av 284 exoplaneter för att hitta exomånar.

Bara en kandidat har klarat alla tester, nämligen Kepler-1625 b I. Den potentiella exomånen kretsar runt gas­planeten Kepler-1625 b som passerade in framför sin solliknande stjärna tre gånger under teleskopets observationer från 2009 till 2013.

Efter att minutiöst ha gått igenom gasjättens tre passager och simulerat förloppet på en superdator bedömde forskarna att risken var en på 16 000 för att signalen berodde på slumpen eller ett fel.

Det bevisade dock inte slutgiltigt månens existens.

Innan en upptäckt är höjd över alla tvivel bör risken för fel enligt astronomerna vara så liten som en på 3,5 miljoner.

Det gäller inte minst när det rör sig om ett så stort genombrott som upptäckten av den första exomånen. Därför beviljades Kippings forskarteam 40 timmar observationstid med Hubble-teleskopet – som har betydligt skarpare syn än Kepler – när planeten passerade in framför stjärnan i oktober 2017.

Gasjättens omloppsbana runt stjärnan tar 287 dagar och passagen varar i cirka 19 timmar. Observationerna visade att den enorma gasjätten har en exomåne med en storlek i klass med Neptunus, och en omloppsbana runt planeten på tre miljoner kilometers avstånd.

Keplers efterträdare är nästan klar

James Webb-teleskopet ska enligt planen skickas upp 2020 och bland annat söka efter exomånar. Men redan nu testar ingenjörerna om teleskopet kommer att klara de hårda villkoren i rymden.

NASA

Testkammaren skyddas mot bakterier

Organiska molekyler kan skada teleskopets instrument. Därför skyddas testkammaren med skivor som förses med en speciell steril yta.

NASA Goddard

Spegeln mäts före testet

Teleskopets spegel genomgår ett antal tester, där den bland annat utsätts för en simulation av de våldsamma skakningar som teleskopet måste klara under uppskjutningen. Här mäter ingenjörerna spegeln före testet.

NASA Goddard

Stödstruktur är täckt med skyddande folie

Teleskopets stödstruktur har belagts med termisk guldfolie och ska precis som resten av teleskopet klara rymdens iskalla temperaturer.

NASA Goddard

Utifrån tanken att extraordinära upptäckter kräver extraordinärt starka bevis vill David Kipping dock samla in mer data. Därför har forskarteamet ansökt om en ny omgång observationer med Hubble-teleskopet för att närstudera planetens nästa passage framför stjärnan i maj 2019.

Avancerat liv kräver stora hem

I solsystemet har astronomerna hittills upptäckt 185 månar så om de främmande stjärnsystemen liknar vårt är antalet exomånar sannolikt svindlande högt.

En del av dessa månar kan – till skillnad från månarna i solsystemet – ha intelligent liv.

Avancerat liv kräver en exomåne som är minst lika stor som Mars eftersom månens gravitation ska kunna hålla kvar en tjock atmosfär under miljarder år för att liv ska kunna utvecklas.

Så stora månar finns inte i solsystemet där den största, Jupiters måne Ganymedes, bara har en fjärdedel av den röda planetens massa.

Solsystemet är fullt av månar

Solsystemet har bara åtta planeter men 185 kända månar, och man upptäcker hela tiden nya månar runt de fyra yttre jätteplaneterna. Fyra av de största månarna, Jupiters Europa och Ganymedes samt Saturnus Enceladus och Titan, kan ha mikrobiellt liv trots att de befinner sig i solsystemets yttre iskalla delar.

Undersökningar av de drygt 2 600 bekräftade exoplaneterna har visat att andra planetsystem är mycket olikt solsystemet. Detsamma gäller sannolikt de så kallade exomånarna.

De flesta månar i solsystemet är skapade av samma moln av stoft och gas som födde planeterna. Här samlas stoft till stenar som attraherar varandra och på så sätt gradvis bygger planeter och månar. Processen kan knappast skapa månar som är mycket större än Ganymedes, men andra processer kan sannolikt göra det.

Vår måne bildades troligen när jorden och ett objekt stort som Mars kolliderade – och den processen kan mycket väl fungera i en större version.

Astronomer har hittat massor av superjordar i främmande planetsystem. Det här är stora stenplaneter med upp till tio gånger jordens massa – och kollisioner mellan dem kan ha bildat exomånar som är betydligt större än Mars.

Kollisioner skapar månar

Månens massa är bara 1,2 procent av jordens, men en kollision kan i teorin bilda större månar. En exomåne stor som jorden kan ha kontinenter och oceaner där avancerat liv kan utvecklas.

  • 1.

    Jordens måne bildades genom en kollision mellan den unga jorden och en planet stor som Mars.

  • 2.

    Den stora smällen skapade en enorm plym av smält järn och sten som slungades ut i rymden.

  • 3.

    Med tiden svalnade stenmassorna som samlade sig till en måne som i dag är geologiskt död.

I de fall superjorden kretsar runt en solliknande stjärna kan planeten och dess månar ofta ligga så nära stjärnan att flytande vatten inte kan finnas. De förväxta jordkloten har dock också hittats nära svagt lysande dvärgstjärnor, och här kan förhållandena vara goda för liv. Nasas senaste planetjägare, Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, skickades upp 2018 och ska titta närmare på 1 000 röda dvärgstjärnor i vårt grannskap. Här kan satelliten mycket väl hitta stenplaneter med stora exomånar.

Men forskarna är inte säkra på att kollisioner kan förklara varför gasjätten Kepler-1625 b har en måne stor som Neptunus. I stället menar de att det finns en tredje process. I solsystemet är Neptunus måne Triton en dvärgplanet som fångats in av Neptunus gravitation och blivit en måne.

Jätteplanet drar till sig en måne

En gasjätte som rör sig in i den beboeliga zonen kan längs vägen fånga in stora stenplaneter eller andra gasjättar. De stora månarna kan vara täckta av oceaner där liv kan uppstå och utvecklas.

  • 1.

    Neptunus stora måne Triton är en dvärgplanet som tidigare bildade par med en annan dvärgplanet.

  • 2.

    Vid en tidpunkt har de två planeterna som kretsar runt varandra kommit i närheten av isjätten.

  • 3.

    Neptunus tyngdfält fångar in den ena planeten som landar i en omloppsbana och blir en måne. Den andra slungas iväg.

I exoplanetsystem kan varma gasplaneter ha gjort samma trick med superjordar.

Gasjättar bildas i de iskalla yttre delarna av stjärnsystem där is, stoft och sten snabbt skapar en stor kärna som attraherar enorma mängder gas.

Täta möten mellan unga gasjättar kan ha slungat in några av dem i de varma inre delarna.

På vägen in kan jättarna ha fångat in stora stenplaneter och därmed förvandlat dem till månar.

Det är möjligt att liv uppstår på medföljande stenmånar om jättarna landar i stjärnans beboeliga zon där flytande vatten kan finnas.

Exomånar utvidgar livsrummet

Månarna måste dock inte finnas i en beboelig zon för att liv ska uppstå på dem. Planeter som ligger längre ut i systemet än den beboeliga zonen är för kalla för att ha flytande vatten och liv på ytan, men stora månar runt dem kan i teorin ha liv.

Europas gejsrar kan innehålla mikrober

Europas yttre är täckt av sprickor och klyftor. De skapas sannolikt av tidvattenkrafter i en stor inre ocean som kan innehålla liv. 2013 hittade Hubble-teleskopet tecken på vattenånga i gejsrar.

NASA/JPL/DLR

Ganymedes innehåller en stor inre ocean

Jupiters måne är med en diameter på 5 268 kilometer solsystemets största måne. Under den frysta skorpan har månen en ocean som sannolikt innehåller mer saltvatten än jorden. Här kan bakterier leva på havsbotten.

NASA/JPL/DLR

Enceladus avger möjliga spår av liv

Glaciärer på sydpolen på Saturnus måne avger vattenånga från en inre ocean. Data från Cassini-sonden visade 2018 att ångan innehåller molekyler med tecken på liv.

JPL-Caltech/Space Science Institute

Titan har en tjock atmosfär

Solsystemets näst största måne, Titan, är den enda månen i vårt solsystem med en riktig atmosfär. Den består av kväve, metan och väte, och påminner om den nyfödda jordens atmosfär.

NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Här är gasplaneter särskilt intressanta eftersom de kan värma upp månarna på tre sätt. För det första kan värme­strålning från gasjätten värma månen. För det andra kan den enorma planeten reflektera stjärnans ljus mot månen. Det tredje och viktigaste sättet är gasjättens extrema tidvatten-krafter som i en stenmåne med flera jordmassor sätter magman i våldsam rörelse.

Rörelsen kan ge enorm friktionsvärme som ökar temperaturen på månen. Om månen kretsar runt jätten på rätt avstånd kan tidvattenkrafter hålla den så varm att den har flytande vatten på ytan trots att gasjätten och månen är långt ute i ett planetsystems kalla delar.

När Nasa 2021 skickar upp rymdteleskopet James Webb kan det sannolikt direkt se stora exomånar med hjälp av den infraröda värmestrålning de avger. I det sammanhanget är det enklast att upptäcka stora, varma stenmånar som kretsar runt gasjättar långt ute i ett planetsystem eftersom stjärnan är så långt bort att månens svaga utstrålning inte drunknar i stjärnans starka strålning.

121 jättars månar kan ha liv

Under tiden jagar livsjägarna fortfarande ny information i rymdteleskopet Keplers omfattande data där det finns 2 652 bekräftade exoplaneter. Forskarna tittar särskilt noga på varma, Jupiter-liknande gasplaneter eftersom de oftare finns i sin stjärnas beboeliga zon än superjordar.

Nyligen har Stephen Kane, professor i astronomi på University of California, USA, identifierat hela 121 gasjättar som befinner sig i den beboeliga zonen runt sin stjärna.

Dessa jätteplaneter kan ha ett okänt antal stenmånar som kanske kan hysa liv.

Om man lyckas upptäcka stora månar som ligger i omloppsbana runt en eller flera av de varma Jupiterplaneterna blir nästa steg att ta reda på om dessa månar över huvud taget hyser något liv, och i så fall i vilken form. Det kan astronomerna få indikationer på genom att kontrollera samman-sättningen på månarnas atmosfär.

Det är i princip ingen komplicerad process. När infraröd värmestrålning från månens yta tränger ut i rymden genom atmosfären absorberar olika molekyler olika våglängder av strålningen, och det kan utnyttjas för att bestämma atmosfärens sammansättning. Om forskarna upptäcker stora mängder metan kan gasen vara producerad av mikroorganismer medan stora mängder syre bland annat kan komma antingen från bakterier eller växter.

Avancerat liv kräver en måne stor som Mars. Solsystemets största måne, Ganymedes, har bara en fjärdedel av Mars massa. Den minsta, Marsmånen Deimos, har en diameter på cirka tolv kilometer.

© NASA/JPL-Caltech/GSFC/Univ. of Arizona

I praktiken kommer det dock att krävas extremt skarp syn för att se den eftersom månar bara avger ytterst lite värmestrålning i förhållande till både den gasjätte och den stjärna som de båda kretsar runt.

Analyserna blir därför knappast möjliga innan rymdteleskopet James Webb kan inleda sina observationer. Teleskopet har en spegel som är 6,5 meter stor, nästan tre gånger så stor som spegeln på Hubble-teleskopet, och med det kan James Webb snappa upp värmestrålning som är över 27 grader varm. Som jämförelse var jordens temperatur i genomsnitt 22 grader när de första djuren dök upp för omkring 540 miljoner år sedan.

Djuren har ögon som tekoppar

Science fiction-filmer har under lång tid ofta utspelats på exomånar som den skogstäckta planeten Endor i Star Wars och den magiska planeten Pandora i Avatar. Om verklighetens exomånar hyser intelligent liv är villkoren troligen annorlunda.

Avancerade livsformer på en stor stenmåne i omloppsbana runt en gasjätte måste vara anpassade till en miljö med våldsam geologisk aktivitet i form av jordskalv och vulkanutbrott som är en oundviklig följd av de enorma tidvattenkrafter som gasjätten utsätter månen för. Luften kommer därför att vara fylld av vulkanisk sot och aska.

Dagsljuset från solen kommer att variera under månaden eftersom den enorma planeten ofta helt eller delvis skymmer ljuset medan reflektionen från planetens enorma skiva skulle fylla natten med ett diffust gul-orange ljus. I den miljön måste växterna ha stora, breda och mörka blad för att kunna utnyttja nattens säregna sken för sin fotosyntes. Om växtätande djur kan hitta föda och rovdjur jagar dem mellan de mörka växterna är sannolikheten stor att de har ögon som är stora som tekoppar.

Hittills är den visionen av liv på en stor stenmåne fortfarande bara fantasier. Med den sannolika upptäckten av en exomåne kan astrobiologer kanske snart visa hur de främmande planeterna ser ut.

VIDEO - Se Nasas egen video om fyndet:

Läs också:

Gliese 1132b
Exoplaneter

Sensation: Superjord kan hysa liv

0 minuter
TRAPPIST-1
Liv i rymden

Tio klot där livet kan blomstra

5 minuter
Exoplaneter

Mystiskt solsystem bryter mot alla regler

1 minut

Logga in

Fel: Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
VisaDölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!