Sorte huller føder kæmpeplaneter

Blanets er stadig ren teori. Men hvis de findes, vil de sætte en tyk streg under den væsentligste erkendelse, som opdagelsen af 4300 exoplaneter har givet astronomerne: Solsystemet er ikke standardmodellen for alle planetsystemer.

Faktum er, at vi endnu ikke har fundet Solsystemets tvilling. Tværtimod vrimler Mælkevejen med planeter, som aldrig kunne være blevet dannet omkring Solen.

Men overraskende nok kan fundene af sære exoplaneter, ikke mindst de nyeste, kaste lys på ubesvarede gåder om vores eget solsystem: Hvordan det blev født, og hvad der vil ske med Jorden og de andre planeter, når Solen ender sine dage som en rød kæmpe.

Alle solsystemer burde ligne vores

I årtier var astronomerne overbeviste om, at alle planetsystemer måtte ligne Solsystemet på en prik – og med god grund. Den klassiske teori om Solsystemet er nemlig så enkel og logisk, at dets dannelse og udvikling beskrives nærmest til perfektion af nogle få fysiske principper.

Teorien forklarer, hvorfor alle planeterne bevæger sig samme vej omkring Solen, og hvorfor deres baner er cirkulære og ligger i plan med Solens ækvator. Det skyldes alt sammen, at de blev født i en flad skive af roterende gasser, som omgav den unge stjerne og roterede samme vej som Solen.

Teorien forklarer også, hvorfor de indre klippeplaneter – Merkur, Venus, Jorden og Mars – er små.

Varmen fra den nære Sol var nemlig så høj, at kun stoffer med et højt smeltepunkt som jern og sten kunne danne de klumper af stof, som gradvist voksede til planeter via sammenstød. Og da mængden af byggematerialer i den indre del af Solsystemet var begrænset, blev klippeplaneterne ikke ret store.

Kæmperne Jupiter og Saturn, Uranus og Neptun blev dannet længere væk fra Solen, hvor vand kunne fryse til is, og derfor kunne de hurtigt opbygge store kerner af is, jern og sten, som via tyngdekraften sugede enorme mængder af gas til sig og gjorde planeterne til giganter.

De samme fysiske love gælder i hele universet, og derfor forudsagde astronomerne, at ethvert planetsystem måtte ligne Solsystemet.

Gaskæmpe var for tæt på stjernen

Allerede opdagelsen af den første exoplanet i 1995 sendte teorien til tælling.

Planeten 51 Pegasi b er en gasgigant som Jupiter, der omkredser en sollignende stjerne i en så nær bane, at kæmpens kredsløb kun varer fire dage. Temperaturen så tæt på stjernen er alt for høj til, at gasgiganten kan være blevet dannet på stedet.

Siden har astronomerne fundet adskillige varme Jupiter-planeter, men de er stadig i tvivl om dannelsesprocessen.

Hovedteorien går ud på, at gaskæmperne er opbygget længere ude i de kolde dele af planetsystemet og derpå er blevet slynget ind mod stjernen via møder med andre gasgiganter.

Den næste store overraskelse var fund af planeter med mærkelige baner, som står i grel modsætning til planeternes regelmæssige baner i Solsystemet.

Men det er først og fremmest fundet af tre typer planeter, som slet ikke findes i Solsystemet, der viser, at den klassiske teori om planetdannelse er utilstrækkelig til at forklare Mælkevejens forunderlige zoo af exoplaneter.

Planet er helt dækket af hav

Den første udfordring for teorien er supergasgiganter – enorme gasplaneter med op til 13 jupitermasser og baner, som kan være 20 gange længere væk fra stjernen end afstanden mellem Jupiter og Solen.

Så langt ude i et planetsystem er der ikke støv og is nok til, at kæmperne hurtigt har kunnet opbygge en stor kerne og tiltrække masser af gas. Derfor går en ny teori ud på, at enorme, tætpakkede klumper af kold gas i ét hug er kollapset til supergasgiganter ved en proces, der minder om stjerners fødsel.

Den anden store gåde er havplaneter eller vandverdener, hvor vand udgør mellem en fjerdedel og halvdelen af planetens masse. Til sammenligning udgør vand kun 0,05 procent af Jordens masse.

Havplaneterne kan udgøre en tredjedel af de 4300 opdagede exoplaneter.

Vandverdenerne menes at være dannet uden for frostlinjen i deres planetsystemer, hvor vand fryser til is, og har siden bevæget sig ind imod deres stjerne, som har smeltet en stor del af isen.

En mulig forklaring på, at de ikke opstod i Solsystemet, kan være, at Jupiter og Saturn hurtigt støvsugede omgivelserne for is.

Den tredje planettype, der udfordrer den klassiske teori om planetdannelse, er de såkaldte superjorde, som er store klippeplaneter med typiske masser på to-ti gange Jordens masse.

De er vidt udbredte i galaksen, hvor mange af dem befinder sig i den beboelige zone omkring røde dværgstjerner. Men en superjord kunne umuligt være dannet i den indre del af Solsystemet, fordi mængden af byggemateriale var for lille.

For nylig har NASA’s rumteleskop TESS opdaget en rekordstor superjord, TOI-849 b, på 39 jordmasser, en massefylde som Jordens og en overflade, som er 150 gange større end jordoverfladen.

Forskerne mener, at den gigantiske superjord må være en kerne fra en tidligere gasgigant, som gassen er fordampet fra. I givet fald kan yderligere undersøgelser af planeten afsløre nyt om Jupiters og Saturns kerner, som er skjult bag enorme mængder gas.

Planetsystem har tre sole

Fans af Starwars-filmene vil vide, at helten Luke Skywalker voksede op på ørkenplaneten Tatooine, som omkredser to sole, men nu overgår virkeligheden fiktionen, viser en opdagelse, der er gjort af en international gruppe astronomer under ledelse af Stefan Kraus fra University of Exeter i England.

Ved hjælp af ALMA-teleskopet og Very Large Telescope i Chile har forskerne observeret et planetsystem under dannelse, som omkredser hele tre stjerner.

Systemet GW Orionis befinder sig 1300 lysår borte i stjernebilledet Orion, og det rummer tre planetdannende ringe af støv og gas, der kredser om de tre stjerner.

Den inderste ring hælder voldsomt i forhold til de to yderste, og forskernes simuleringer peger på, at fødslen af en planet i den inderste ring sandsynligvis har medvirket til at trække ringens plan skævt. Det vil i givet fald være den første kendte planet, som omkredser tre stjerner.

SE 🎬 Nyfødt planet kredser om tre stjerner

Astronomerne har også opdaget en håndfuld planeter, som omkredser to stjerner, og faktisk menes en tredjedel af stjernerne i Mælkevejen at indgå i dobbeltstjernesystemer. Vores egen Sol blev født i en tæt klynge med et par tusind søskende, og nu vurderer Amir Siraj og Avi Loeb fra Harvard University i USA, at den unge Sol også dannede par med en anden stjerne.

Den nye teori kan rumme svaret på Solsystemets største uløste gåde: dannelsen af den enorme, kuglerunde Oortsky med billioner af iskloder, der omkredser Solsystemets flade skive i afstande fra Solen, som er 2000-100.000 gange større end afstanden mellem Jorden og Solen.

Den fremherskende hypotese om skyens oprindelse har været, at iskloderne blev dannet længere inde i Solsystemet og på en eller anden ukendt måde slynget ud til deres fjerne baner.

Siraj og Loebs nye teori postulerer, at et stærkt fælles tyngdefelt mellem den unge Sol og nabostjernen har tiltrukket iskloder fra begge stjerners planetsystemer samt fra andre stjerner i klyngen og født Oortskyen.

På et tidspunkt er nabostjernen så blevet trukket væk af en forbipasserende stjerne fra klyngen og har efterladt Solen i ensom majestæt. Hvis det er rigtigt, kan mange af iskloderne i Oortskyen og den hypotetiske Planet 9 være hugget fra Solens tidligere makker eller fra andre stjerner i den tætte klynge.

Zombie overlever stjernens død

Astronomerne kan også få indblik i Solsystemets fremtid ved at studere fremmede planetsystemer. Nye observationer af hvide dværgstjerner, som er endestationen for sollignende stjerner, fortæller en dramatisk historie om, hvad der vil ske med planeterne i Solsystemet, når Solen dør om fem-otte milliarder år.

Til den tid vil Solens kerne løbe tør for fusionsbrændstof i form af brint og begynde at fusionere helium til kulstof og ilt, og så svulmer Solen op til en rød kæmpestjerne, som næsten når ud til Jorden.

Til sidst slynger kæmpen sine ydre lag ud i rummet og efterlader en lille hvid dværgstjerne, som er død i den forstand, at der ikke længere sker fusionsprocesser i dens indre.

SE 🎬 Solen svulmer op til en rød kæmpe

Observationer af hvide dværge har nu vist, at de nærmeste planeter ikke blot bliver steriliseret af den røde kæmpes 5000 grader varme overflade. De turbulente gasstrømme i kæmpen smadrer også planeterne mod hinanden og splintrer dem.

Oversat til Solsystemet indebærer forløbet, at Jorden og de tre andre indre klippeplaneter går en grum skæbne i møde, når Solen brænder ud. Men en anden ny opdagelse tyder på, at de ydre planeter måske vil overleve ragnarok.

En amerikansk forskergruppe under ledelse af Andrew Vanderburg fra University of Wisconsin-Madison har nemlig fundet en såkaldt zombieplanet. Planeten er en gasgigant, som er blevet trukket ind imod en hvid dværg og nu kredser om sin døde stjerne i en nær bane med en omløbstid på kun 1,4 døgn.

Skrigende gas former planeter

Men planeter i kredsløb om en udslukt stjerne eller tre stjerner på én gang er sandsynligvis ikke engang det særeste, vi kan støde på i universet. Måske behøver planeter slet ikke at blive dannet omkring en stjerne.

Det mener astronomen Keiichi Wada fra Kagoshimas universitet i Japan, der har lanceret en radikalt anderledes teori om, at aktive supertunge sorte huller kan føde planeter i tusindvis.

Teorien er baseret på, at det enorme supertunge sorte hul i hjertet af store galakser er omgivet af en roterende skive af flere millioner grader varm gas.

Gassen udsender et skrig af energirig røntgenstråling, inden monsteret sluger de nærmeste gasskyer, og strålingen skaber et voldsomt lystryk, som udbreder sig i alle retninger og skubber støv og gas ud gennem galaksen.

Støvstrømmene danner buer, som samler støvet i en tætpakket, iskold skive i afstande på 10-30 lysår fra det sorte hul. Her begynder støv og is at klumpe sig sammen til frosne småsten, som støder sammen og opbygger større klippestykker. De samles i planetkerner, der tiltrækker gas og danner planeter, såkaldte blanets.

Supertunge sorte huller kan være aktive og sluge gas i hundrede millioner år ad gangen, og i hele den periode er forsyningerne af støv til det planetdannende område både rigelige og konstante.

Derfor kan blanets blive enorme og rumme op til 3000 jordmasser – eller næsten hundrede gange Jupiters masse – og der kan være 10.000 af dem i kredsløb omkring et enkelt supertungt sort hul.

Et oplagt sted at lede efter blanets ville være det enorme supertunge sorte hul i galaksen M87, som ligger 53 millioner lysår fra Jorden.

Et foto fra et verdensomspændende netværk af radioteleskoper dokumenterede i 2019, at hullet er omgivet af en stærkt lysende gasskive. Den vil kunne levere netop det strålingstryk, som ifølge teorien er forudsætningen for, at blanets kan opstå.

Jagten på Solsystemets tvilling

Trods en enorm variation i de planetsystemer, som astronomernes 25 år lange jagt på exoplaneter har afsløret, er der én ting, vi stadig ikke har fundet: en kopi af Solsystemet. Det tvinger forskerne til at spørge sig selv, om Solsystemet er unikt i Mælkevejen.

Måske handler svaret i virkeligheden om, at ingen af de teknikker, som har afsløret de foreløbig 4300 exoplaneter, er særlig velegnede til at finde Solsystemets tvillinger.

De to almindeligste metoder – slingremetoden og transitmetoden – favoriserer begge opdagelser af store planeter, der omkredser deres stjerner i nære baner. De kan fx ikke afsløre en lille klippeplanet som Mars, der kredser i en relativt stor afstand fra stjernen.

Men situationen vil ændre sig markant, når NASA midt i 2020’erne opsender det store rumteleskop Nancy Grace Roman, som skal søge efter exoplaneter med en ny teknik kaldet mikrogravitationslinser.

Den nye metode vil være følsom nok til at opdage klippeplaneter, som er lidt mindre end Mars, og kameraet vil kunne se alle planeter, som omkredser en stjerne i afstande inden for et interval, som er kortere end Venus’ bane og lidt længere end Plutos.

Roman-teleskopet ventes at kunne få øje på 2500 nye exoplaneter med den nye metode, og hvis Solsystemet har tvillinger i Mælkevejen, vil teleskopet finde dem. Dermed bliver vores eget solsystem måske ikke ved med at være universets største særling.

Artiklen blev første gang udgivet i 2021.