Svarta hål föder jätteplaneter

Förekomsten av blanets är fortfarande bara ren spekulation, men om de existerar kommer de att stryka ett tjockt streck under den viktigaste insikt som upptäckten av 4 300 exoplaneter har gett astronomerna: Vårt solsystem utgör inte standardmallen för ett planetsystem.

Faktum är att vi ännu inte har hittat solsystemets tvilling. Tvärtom vimlar Vintergatan av planeter som aldrig hade kunnat bildas runt solen.

Förvånansvärt nog kan dock upptäckten av egendomliga exoplaneter, inte minst de senaste, kasta ljus över obesvarade frågor om vårt eget solsystem, som hur det föddes och vad som kommer att hända med jorden och de övriga planeterna när solen slutar sina dagar som en röd jätte.

Alla solsystem borde påminna om vårt

I årtionden var astronomerna övertygade om att alla planetsystem såg ut som solsystemet – och det på goda grunder. Den klassiska teorin om solsystemet är nämligen så enkel och logisk att dess bildning och utveckling beskrivs till närmast perfektion av ett fåtal fysikaliska principer.

Teorin förklarar varför alla planeterna rör sig åt samma håll runt solen och varför deras banor är cirkulära och ligger i höjd med solens ekvator. Allt detta beror på att de föddes i en platt skiva av roterande gaser som omgav den unga stjärnan och roterade åt samma håll som solen.

Teorin förklarar också varför de inre stenplaneterna – Merkurius, Venus, jorden och Mars – är små.

Värmen från den närbelägna solen var nämligen så hög att endast materia med hög smältpunkt, som järn och sten, kunde bilda de klumpar som genom kollisioner med tiden växte till planeter. Och eftersom mängden byggmaterial i solsystemets inre del var begränsad blev stenplaneterna inte så stora.

Jättarna Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus bildades längre bort från solen, där vatten frös till is. Det gjorde att de snabbt byggde upp stora kärnor av is, järn och sten, som via gravitationen attraherade enorma mängder gas och gjorde planeterna till jättar.

Samma fysikaliska lagar gäller i hela universum och därför förutsade astronomerna att alla planetsystem bör se ut som solsystemet.

Gasjätte befann sig för nära sin stjärna

Redan upptäckten av den första exoplaneten år 1995 satte den rådande teorin ur spel.

Planeten 51 Pegasi b är en gasjätte som liknar Jupiter. Den kretsar runt en solliknande stjärna i en så kort bana att jättens omloppstid bara är fyra dagar. Temperaturen så nära stjärnan är alldeles för hög för att gasjätten ska kunna ha bildats där.

Sedan dess har astronomerna hittat åtskilliga varma Jupiterliknande planeter, men de vet fortfarande inte hur de bildas.

Huvudteorin går ut på att gasjättarna har byggts upp längre ut, i planetsystemets kallare delar, och sedan förts in mot stjärnan efter möten med andra gasjättar.

Nästa stora överraskning var upptäckter av planeter med egendomliga banor som står i stark kontrast till planeternas regelbundna banor i solsystemet.

Det är dock först och främst upptäckten av tre typer av planeter som inte alls förekommer i solsystemet som visar att den klassiska planetbildningsteorin inte räcker till för att förklara Vintergatans märkliga samling av exoplaneter.

Planet täckt av hav

Teorins första utmaning är supergasjättar, väldiga gasplaneter med upp till 13 jupitermassor och banor som kan ligga 20 gånger längre bort från stjärnan än avståndet mellan Jupiter och solen.

Så långt ut i ett planetsystem finns det inte tillräckligt mycket damm och is för att dessa jättar snabbt ska ha kunnat bygga upp en stor kärna och attrahera stora mängder gas. Därför går en ny teori ut på att enorma, tätt packade klumpar av kall gas har kollapsat till supergasjättar i en process som påminner om stjärnbildning.

Den andra stora gåtan är havsplaneter, eller vattenvärldar, där vatten utgör mellan en fjärdedel och hälften av planetens massa. I jämförelse utgör vatten endast 0,05 procent av jordens massa.

Havsplaneterna kan utgöra en tredjedel av de 4 300 upptäckta exoplaneterna.

Man tror att vattenvärldarna har bildats utanför sitt planetsystems frostlinje, där vatten fryser till is, och att de därefter har rört sig in mot stjärnan, vars värme har smält en stor del av isen.

En tänkbar förklaring till att de aldrig uppstod i solsystemet kan vara att Jupiter och Saturnus snabbt dammsög omgivningarna på is.

Den tredje planettypen som utmanar den klassiska planetbildningsteorin är de så kallade superjordarna, stora stenplaneter med mellan två och tio gånger jordens massa.

De är vanliga i galaxen och många av dem återfinns i den beboeliga zonen runt röda dvärgstjärnor. En superjord skulle dock omöjligt ha kunnat bildas i solsystemets inre delar, eftersom det inte fanns tillräckligt mycket byggmaterial där.

Nyligen har Nasas rymdteleskop Tess upptäckt den rekordstora superjorden TOI-849 b, som har 39 jordmassor, en densitet som jordens och en yta som är 150 gånger större än jordens.

Forskarna menar att den gigantiska superjorden måste vara en kärna från en tidigare gasjätte, från vilken gasen förångats. I så fall kan ytterligare studier av planeten avslöja nya saker om Jupiters och Saturnus kärnor, som ligger dolda under enorma mängder gas.

Planetsystem med tre solar

Fans av Star Wars-filmerna känner till att hjälten Luke Skywalker växte upp på ökenplaneten Tatooine, som kretsar runt två solar. En upptäckt som har gjorts av en internationell grupp astronomer under ledning av Stefan Kraus vid University of Exeter i England har dock visat att verkligheten överträffar fiktionen.

Med hjälp av Almateleskopet och Very Large Telescope i Chile har forskarna observerat ett planetsystem som håller på att bildas och som kretsar runt hela tre stjärnor.

Systemet GW Orionis befinner sig 1 300 ljusår bort, i stjärnbilden Orion, och har tre planetbildande ringar av damm och gas som kretsar runt de tre stjärnorna.

Den innersta ringen lutar kraftigt i förhållande till de två yttersta. Forskarnas simuleringar tyder på att födelsen av en planet i den innersta ringen troligen har bidragit till att göra ringens plan snett. Det är hur som helst den första kända planeten som kretsar runt tre stjärnor.

SE 🎬 Nyfödd planet kretsar runt tre stjärnor

Astronomerna har också upptäckt en handfull planeter som kretsar runt två stjärnor. Faktum är att en tredjedel av stjärnorna i Vintergatan antas ingå i dubbelstjärnsystem. Vår egen sol föddes i en tät klunga med ett par tusen syskon och nu tror Amir Siraj och Avi Loeb vid Harvard University i USA att även den unga solen bildade par med en annan stjärna.

Den nya teorin kan ge oss svaret på solsystemets största olösta gåta: bildningen av det enorma, sfäriska Oorts kometmoln med biljontals kometer som kretsar runt solsystemets skiva på avstånd från solen som är mellan 2 000 och 100 000 gånger större än avståndet mellan jorden och solen.

Den rådande hypotesen om molnets ursprung har varit att kometerna bildades längre in i solsystemet och av någon okänd anledning slungades ut i sina långa banor.

Enligt Sirajs och Loebs nya teori attraherade ett starkt gemensamt gravitationsfält mellan den unga solen och grannstjärnan kometer från båda stjärnornas planetsystem och gav upphov till Oorts kometmoln.

Vid en tidpunkt drogs grannstjärnan med av en förbipasserande stjärna och lämnade kvar solen i ensamt majestät. Om det stämmer kan många av kometerna i Oorts kometmoln och den hypotetiska Planet 9 ha tagits från solens tidigare granne.

Zombie överlever stjärndöd

Astronomerna kan också få en bild av solsystemets framtid genom att studera främmande planetsystem. Nya observationer av vita dvärgstjärnor, slutstationen för solliknande stjärnor, berättar en dramatisk historia om vad som kommer att hända med planeterna i solsystemet när solen dör om fem–åtta miljarder år.

Vid det laget tar fusionsbränslet, det vill säga vätet, i solens kärna slut. Då börjar i stället helium fusioneras till kol och syre, vilket får solen att expandera till en röd jättestjärna, som når nästan ända ut till jorden.

Slutligen slungar jätten ut sina yttre lager i rymden. Kvar blir då en liten vit dvärgstjärna, som är död så till vida att det inte längre sker några fusionsprocesser i dess inre.

SE 🎬 Solen expanderar till en röd jätte

Observationer av vita dvärgar har nu visat att de närmaste planeterna inte bara steriliseras av den röda jättens 5 000 grader varma yta. De turbulenta gasströmmarna inne i jätten får också planeterna att kollidera med varandra och krossas.

Översatt till solsystemet innebär det att jorden och de tre övriga inre stenplaneterna kommer att gå ett grymt öde till mötes när solen brinner ut. En annan ny upptäckt tyder dock på att de yttre planeterna eventuellt kommer att överleva Ragnarök.

En amerikansk forskargrupp under ledning av Andrew Vanderburg vid University of Wisconsin–Madison har nämligen hittat en så kallad zombieplanet. Planeten är en gasjätte som har dragits in mot en vit dvärg och som nu kretsar runt sin döda stjärna i en kort bana med en omloppstid på endast 1,4 dygn.

Skrikande gas bildar planeter

Planeter i omloppsbana runt en slocknad stjärna eller tre stjärnor på en gång är kanske inte ens det märkligaste vi kommer att stöta på i universum. Kanske behöver planeter inte ens bildas runt en stjärna.

Det tror astronomen Keiichi Wada vid universitetet i Kagoshima i Japan, som har lanserat en mycket annorlunda teori om att aktiva supertunga svarta hål kan föda tusentals planeter.

Teorin baseras på att det enorma supertunga svarta hålet i stora galaxers mitt omges av en roterande skiva av miljontals grader varm gas.

Gasen ger ifrån sig ett skrik av energirik röntgenstrålning innan monstret slukar de närmaste gasmolnen. Strålningen skapar ett våldsamt ljustryck som sprider sig i alla riktningar och tvingar ut damm och gas i galaxen.

Dammströmmarna bildar bågar som samlar dammet i en tätt packad, iskall skiva på 10–30 ljusårs avstånd från det svarta hålet. Där börjar damm och is samlas i frysta småstenar, som kolliderar och bygger upp allt större klippor. De samlas till planetkärnor, som attraherar gas och bildar planeter, så kallade blanets.

Supertunga svarta hål kan vara aktiva och sluka gas i hundra miljoner år i taget. Under hela denna period är tillgången på damm till det planetbildande området både riklig och konstant.

Det innebär att blanets kan bli enorma och ha upp till 3 000 jordmassor, nästan hundra gånger Jupiters massa. Och det kan finnas 10 000 blanets i omloppsbana runt ett enda supertungt svart hål.

En uppenbar plats att leta efter blanets är det enorma supertunga svarta hålet i galaxen M87, som ligger 53 miljoner ljusår från jorden.

År 2019 dokumenterade ett foto från ett världsomspännande nätverk av radioteleskop att hålet omges av en starkt lysande gasskiva. Den kan ge just det strålningstryck som enligt teorin är en förutsättning för att blanets ska bildas.

Jakten på solsystemets tvilling

Trots den enormt stora variationen i de planetsystem som astronomernas 25 år långa jakt på exoplaneter har påvisat är det en sak vi fortfarande inte har hittat: en kopia av solsystemet. Det tvingar forskarna att ställa sig frågan om solsystemet är unikt i Vintergatan.

Kanske handlar svaret i själva verket om att ingen av de metoder som har använts för att upptäcka de hittills 4 300 exoplaneterna lämpar sig särskilt väl för att hitta solsystemets tvillingar.

De två vanligaste, radialhastighetsmetoden och transitmetoden, favoriserar båda två upptäckter av stora planeter som kretsar i korta banor runt sin stjärna. De kan till exempel inte påvisa en liten stenplanet som Mars, som kretsar relativt långt från solen.

Situationen kommer emellertid att förändras markant när Nasa i mitten av 2020-talet sänder upp det stora rymdteleskopet Nancy Grace Roman, som ska leta efter exoplaneter med en ny teknik som kallas mikrogravitationslinser.

Den nya metoden kommer att vara tillräckligt känslig för att kunna upptäcka stenplaneter som till och med är något mindre än Mars. Kameran kan se alla planeter som kretsar runt en stjärna på avstånd inom ett intervall som är kortare än Venus bana och något längre än Plutos.

Romanteleskopet väntas kunna upptäcka 2 500 nya exoplaneter med den nya metoden, så om solsystemet faktiskt har några tvillingar i Vintergatan kommer teleskopet att hitta dem. Då kommer vårt eget solsystem kanske inte längre att vara universums särling.

Artikeln utgavs första gången 2021.