Femtusen exoplaneter har hittats – nu letar vi efter liv

Cirka 40 ljusår härifrån, i riktning mot stjärnbilden Vattumannen, finns en liten röd dvärgstjärna. Den upptäcktes år 2000 och verkade då inte mer intressant än Vintergatans över hundra miljarder andra stjärnor av samma typ.

Det förändrades dock år 2015. Då upptäckte nämligen astronomerna att det runt stjärnan såg ut att kretsa tre små planeter, ungefär lika stora som jorden. Och under de därpå följande åren dök ytterligare fyra upp.

Det främmande solsystemet är speciellt. Inte bara är alla de sju planeterna stenplaneter, som vår egen. Flera av dem kretsar dessutom på ett avstånd från stjärnan som gör det tänkbart att de skulle kunna ha liv.

Därför vill astronomerna oerhört gärna titta närmare på dem – och det får de chansen att göra nu.

Det nya stora rymdteleskopet James Webb gör det nämligen möjligt för forskarna att observera exoplaneter i en upplösning som kan visa hur livsvillkoren på dem är.

”Med James Webb-teleskopet kan vi för första gången beskriva atmosfären runt exoplaneter stora som jorden. Det blir enormt!” säger Lars Buchhave, professor vid Danmarks Tekniske Universitet.

Buchhave, en av världens främsta exoplanetforskare, leder ett forskningsprojekt som ska använda just James Webb-teleskopet för att analysera atmosfären på en av planeterna i Trappist-1.

Astronomernas drömscenario är att upptäcka en atmosfär med omisskännliga spår av liv. Om de lyckas kommer vi äntligen att få veta att vi inte är ensamma i universum.

Massor av exoplaneter

James Webb-teleskopet sändes upp den 25 december 2021 och det tog ett halvår att få det på plats i sin bana 1,5 miljoner kilometer från jorden och sedan finjustera det. Nu används teleskopet flitigt av världens astronomer, som riktar det mot en mängd olika mål, däribland exoplaneter som dem i systemet Trappist-1.

Egentligen var det inte meningen att rymdteleskopet skulle användas för att utforska exoplaneter. Det är nämligen i högre grad utformat för att registrera infraröd strålning från rymdens mest avlägsna galaxer.

Det är över två årtionden sedan Nasa började utveckla teleskopet och på den tiden var exoplaneterna inte lika aktuella för astronomerna. De hade bara hittat relativt få exoplaneter och kände inte till hur vanliga de faktiskt är.

Sedan dess har mängder av främmande planeter upptäckts med hjälp av forskarnas teleskop. År 2022 översteg antalet kända exoplaneter 5 000. I dag tror astronomerna att de flesta stjärnor på himlen har en eller flera planeter i omloppsbana.

Vissa av dem är stenplaneter som jorden, och vissa kretsar runt sin stjärna i den så kallade beboeliga zonen, det vill säga den del av rymden runt stjärnan där temperaturen gör det möjligt för planeten att ha flytande vatten på ytan. Utan vatten i flytande form är det svårt att tänka sig liv.

Astronomerna uppskattar att omkring en fjärdedel av alla solliknande stjärnor har sällskap av minst en beboelig planet. Antalet är troligen dubbelt så stort om vi i stället riktar blicken mot de mindre röda dvärgstjärnorna, som är vanligast i universum.

Totalt innebär det att det bara i vår egen galax Vintergatan finns miljardtals planeter som kan tänkas ha liv, däribland de mellersta planeterna i systemet Trappist-1.

Förmörkelse kan avslöja tecken på liv

Den stora utmaningen är att hitta tecken på liv på exoplaneterna. Det är här James Webb-teleskopet kommer in i bilden.

När en exoplanet passerar framför sin stjärna kan teleskopet visa att det inträffar en liten förmörkelse av stjärnan. Förmörkelsen kan säga oss hur stor planeten är, men den kan också ge en fingervisning om planetens atmosfär.

En liten del av ljuset från stjärnan passerar nämligen genom atmosfären och fortsätter mot James Webb-teleskopet, vilket gör att ljuset förändras en aning. Olika molekyler absorberar ljus av olika våglängder och därför bär ljuset med sig ett slags fingeravtryck, som visar vilka ämnen atmosfären består av.

James Webb-teleskopet har särskilda instrument, så kallade spektrografer, som kan avläsa dessa fingeravtryck.

Tekniken är känd från det över 30 år gamla rymdteleskopet Hubble, som har använts för att analysera atmosfären runt mycket stora planeter, gasjättar i stil med Jupiter.

Hubbleteleskopet är inte tillräckligt känsligt för att detektera atmosfären runt mindre planeter som jorden. Då behövs ett teleskop med mycket större spegel, och det har James Webb-teleskopet. Huvudspegeln på James Webb-teleskopet samlar med sina 25 kvadratmeter in ljus från en sex gånger större yta än Hubbleteleskopets spegel.

Trots sin stora spegel kan James Webb-teleskopet bara undersöka Vintergatans närmaste exoplaneter. Dessutom får astronomerna nöja sig med att titta på stenplaneter som kretsar runt röda dvärgstjärnor. Större stjärnor som exempelvis vår egen sol strålar så starkt att signalen från en planets atmosfär drunknar i ljuset.

Dessa båda begränsningar har lyckligtvis ingen betydelse för utforskningen av systemet Trappist-1. Avståndet på 40 ljusår ligger inom James Webb-teleskopets räckvidd och de sju exoplaneterna kretsar runt en röd dvärgstjärna, som inte stör alltför mycket.

Fyra planeter i sökarljuset

De sju planeterna betecknas med bokstäver, från b till h. Framför allt d, e, f och g är intressanta, eftersom astronomerna tror att de befinner sig i den beboeliga zonen.

Nackdelen med att studera planeternas atmosfärer med James Webb-teleskopet är att det enbart registrerar infrarött ljus. Därför kan det inte detektera ämnen som bara gör avtryck i ljusspektrumets synliga och ultravioletta område.

I det infraröda området kan James Webb-teleskopet bland annat hitta spår av vattenånga, koldioxid, metan och ammoniak. Det går även att påvisa ozon, som kan ha stor betydelse för livsvillkoren på en planet. Här på jorden fyller ozonlagret en viktig funktion som en sköld som skyddar oss mot solens skadliga uv-strålning.

Däremot är det svårt att se syremolekyler, som dem som utgör en femtedel av jordens atmosfär. De stora mängderna syre är ett resultat av levande organismer, som via fotosyntes har förvandlat solsken, vatten och koldioxid till kolhydrater och syre.

Atmosfären skulle se helt annorlunda ut om det inte vore för den biologiska produktionen av syre.

Därför är det naturligtvis synd att James Webb-teleskopet inte kan registrera syremolekyler i atmosfärerna. Lyckligtvis kan emellertid andra ämnen avslöja tecken på liv.

Amerikanska forskare har exempelvis kommit fram till att metan kan vara ett tecken på liv ifall det förekommer i en atmosfär som i övrigt är rik på koldioxid, men fattig på kolmonoxid. En sådan atmosfär skulle nämligen likna den vi hade på jorden för drygt 2,5 miljarder år sedan, det vill säga cirka 1,3 miljarder år efter livets uppkomst.

Kanske kommer mätningarna med James Webb-teleskopet att visa att en eller flera av planeterna i Trappist-1 har mikroorganismer som avger metan, på samma sätt som när bakterier här på jorden bildar gasen.

Det kan naturligtvis också vara så att James Webb-teleskopets resultat inte blir lika tillförlitliga som astronomerna drömmer om, så det krävs ytterligare bevis. De kan troligen levereras av ett nytt teleskop, som – om allt går väl – är på plats i rymden i mitten av 2040-talet.

Preliminärt har det fått namnet Luvoir, vilket står för Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor. Som namnet antyder registrerar teleskopet inte bara infrarött ljus, utan även synligt och ultraviolett ljus. Det gör det möjligt att spåra fler ämnen i exoplaneternas atmosfärer än dem som kan påvisas med James Webb-teleskopet.

Det är fortfarande ovisst exakt hur stort Luvoir ska bli. Tidigare har ända upp till 15 meter breda speglar diskuterats, men troligen slutar det med en spegel som är något större än James Webb-teleskopets 6,5 meter.

Hur som helst blir teleskopet ett kraftfullare verktyg i astronomernas strävan att hitta tecken på liv på exoplaneterna. Och till skillnad från James Webb-teleskopet kommer Luvoir även att kunna analysera atmosfären på planeter i omloppsbana runt solliknande stjärnor.

Så om James Webb-teleskopet inte drar en vinstlott hos någon av de röda dvärgstjärnorna kommer kanske Luvoir att ge oss det slutgiltiga beviset för utomjordiskt liv i ett solsystem som påminner om vårt eget.