Svarte hull føder kjempeplaneter

Solsystem med flere soler, en zombieplanet som går i bane rundt en død stjerne, og til og med planeter dannet av svarte hull – jo flere sære eksoplaneter astronomene finner, jo mer virker vårt eget solsystem som et unntak. Men de eksotiske planetsystemene kan besvare uløste gåter om solsystemets fødsel og død.

Solsystem med flere soler, en zombieplanet som går i bane rundt en død stjerne, og til og med planeter dannet av svarte hull – jo flere sære eksoplaneter astronomene finner, jo mer virker vårt eget solsystem som et unntak. Men de eksotiske planetsystemene kan besvare uløste gåter om solsystemets fødsel og død.

Shutterstock

Den intense strålingen fra de ekstremt varme gassene som virvler rundt det svarte hullet, skyver ut massevis av støv og gass gjennom galaksen. 10–30 lysår fra det svarte hullet er det kaldt nok til at is kan oppstå, og omkring frosne kjerner samler støv og gass seg til enorme planeter.

Alle de merkverdige eksoplanetene som astronomene til nå har funnet, har én ting til felles: Alle er dannet omkring stjerner. Men slik trenger det kanskje ikke alltid å være.

Den japanske astronomen Keiichi Wada fra Kagoshima-universitetet i Japan har framsatt en teori om at aktive supertunge svarte hull kan føde tusenvis av planeter– eller blaneter, som de er døpt etter den engelske betegnelsen black hole planets.

Alle kjente eksoplaneter er dannet omkring stjerner. Men ifølge en ny teori kan supertunge svarte hull i hjertet av store galakser også skape enorme planeter, såkalte blaneter.

© Claus Lunau

1. Gass sender ut røntgenstråling på vei inn i det svarte hullet

Supertunge svarte hull med millioner eller milliarder av solmasser finnes i sentrum av alle store galakser. Rundt aktive svarte hull er det en skive av støv og gass, og gassen helt innerst sender ut energirik røntgenstråling.

© Claus Lunau

2. Strålingstrykket presser sammen støv og gass

Strålingen utøver et voldsomt lystrykk som presser materialet ut gjennom galaksen og skaper en tettpakket skive av støv og gass. Utenfor skivens frostlinje, der is kan eksistere, samles is, støv og gass til planeter.

© Claus Lunau

3. Konstant støvforsyning bygger opp enorme planeter

Skiven forsynes hele tiden med nytt materiale som presses ut av strålingen fra det svarte hullets nære omgivelser. Derfor kan de såkalte blantene ifølge teorien vokse til en størrelse på mellom 20 og 3000 jordmasser.

Blaneter er fortsatt ren teori. Men hvis de finnes, vil de sette en tykk strek under den viktigste erkjennelsen som oppdagelsen av 4300 eksoplaneter har gitt astronomene: Solsystemet er ikke standardmodellen for alle planetsystemer.

Faktum er at vi fortsatt ikke har funnet solsystemets tvilling. Tvert imot vrimler det i Melkeveien av planeter som aldri kunne ha blitt dannet omkring solen.

Men overraskende nok kan funnene av sære eksoplaneter, ikke minst de nyeste, kaste lys over ubesvarte gåter om vårt eget solsystem: Hvordan det ble født, og hva som vil skje med jorden og de andre planetene når solen ender sine dager som en rød kjempe.

Alle solsystemer burde ligne vårt

I flere tiår var astronomene overbevist om at alle planetsystemer måtte ligne solsystemet – og med god grunn. Den klassiske teorien om solsystemet er nemlig så enkel og logisk både opphavet og utviklingsforløpet beskrives nærmest til perfeksjon av noen få fysiske prinsipper.

Teorien forklarer hvorfor alle planetene beveger seg samme retning rundt solen, og hvorfor banene er nesten sirkulære og ligger i plan med solens ekvator. Alt sammen skyldes at de ble født i en flat skive av roterende gasser som omgav den unge stjernen og roterte samme vei som solen.

De store planetene i solsystemet ble dannet langt fra solen, der vann kunne fryse til iskjerner og tiltrekke store mengder gass.

© Shutterstock

Teorien forklarer også hvorfor de indre steinplanetene – Merkur, Venus, jorden og Mars – er små.

Varmen fra den nære solen var nemlig så høy at bare stoffer med et høyt smeltepunkt – som jern og stein – kunne danne de klumpene av materiale som gradvis vokste til planeter via sammenstøt. Og siden mengden av bygningsmaterialer i den indre delen av solsystemet var begrenset, ble ikke steinplanetene særlig store.

Kjempene Jupiter og Saturn, Uranus og Neptun ble dannet lenger vekk fra solen, der vann kunne fryse til is, og derfor kunne de raskt bygge opp store kjerner av is, jern og stein, som via tyngdekraften suget til seg enorme mengder av gass seg og gjorde planetene til kjemper.

De samme fysiske lovene gjelder i hele universet, og derfor forutsa astronomene at ethvert planetsystem burde ligne solsystemet.

Gasskjempe var for tett på stjernen

Allerede oppdagelsen av den første eksoplaneten i 1995 sendte teorien ned for telling.

Planeten 51 Pegasi b er en gasskjempe som Jupiter, som går i bane rundt en sollignende stjerne. Men avstanden er så kort at den tar en runde på bare fire dager. Temperaturen så tett på stjernen er altfor høy til at gassgiganten kan ha blitt dannet på stedet.

4300 eksoplaneter er funnet siden den første fremmede planeten ble oppdaget i 1995.

Senere har astronomene funnet mange varme Jupiter-planeter, men de er fortsatt i tvil om hvordan de blir til.

Hovedteorien går ut på at gasskjempene er bygget opp lenger ute i de kalde delene av planetsystemet og deretter har blitt slynget inn mot stjernen via møter med andre gasskjemper.

Den neste store overraskelsen var funn av planeter med merkelige baner, noe som står i grell motsetning til planetenes regelmessige baner i solsystemet.

Men det er først og fremst funnet av tre typer planeter som slett ikke finnes i solsystemet som viser at den klassiske teorien om planetdannelse er utilstrekkelig for å forklare Melkeveiens forunderlige zoo av eksoplaneter.

Planet er helt dekket av hav

Den første utfordringen for teorien er supergasskjemper – enorme gassplaneter med opptil 13 Jupiter-masser og baner som kan være 20 ganger lenger unna stjernen enn avstanden mellom Jupiter og solen.

Jupiter er solsystemets største planet. Gasskjempen er nesten 11 ganger så stor som jorden, og massen er 318 ganger så stor.

© Shutterstock

Solsystemets planeter er dverger

Jorden og Jupiter blekner i forhold til de superjordene og supergasskjempene astronomene har oppdaget.

Så langt ute i et planetsystem er det ikke støv og is nok til at kjempene raskt har kunnet bygge opp en stor kjerne og tiltrekke seg store mengder gass. Derfor går en ny teori ut på at enorme, tettpakkede klumper av kald gass har kollapset til supergasskjemper ved en prosess som minner om stjernefødsel.

Den andre store gåten er havplaneter – der vann utgjør mellom en fjerdedel og halvparten av planetens masse. Til sammenligning utgjør vann bare 0,05 prosent av jordens masse.

Havplanetene kan utgjøre en tredjedel av de 4300 oppdagede eksoplaneter.

Vannverdenene antas å ha blitt dannet utenfor frostlinjen i planetsystemene sine, der vann fryser til is, og har senere beveget seg inn mot stjernen, slik at en stor del av isen har smeltet.

En mulig forklaring på at de ikke oppsto i solsystemet, kan være at Jupiter og Saturn raskt støvsuget omgivelsene for is.

Den tredje planettypen som utfordrer den klassiske teorien om planetdannelse, er de såkalte superjordene, som er store steinplaneter som ofte er to til ti ganger tyngre enn jorden.

De er vanlige i galaksen, og mange av dem befinner seg i den beboelige sonen omkring røde dvergstjerner. Men en superjord kunne umulig være dannet i den indre delen av solsystemet fordi det er for lite materiale der.

Planeter som er helt dekket av hav, er en av de sære typene planeter som utfordrer den klassiske teorien om planetdannelse.

© Henning Dalhoff/SPL

Nylig har Nasas romteleskop TESS oppdaget en rekordstor superjord, TOI-849 b, på 39 jordmasser, en tetthet som jorden, men en overflate som er 150 ganger større.

Forskerne mener at den gigantiske superjorden må være en kjerne fra en tidligere gasskjempe som gassen er fordampet fra. I så fall kan ytterligere studier av planeten avsløre informasjon om kjernene til Jupiter og Saturn, som er skjult bak enorme mengder gass.

Planetsystem har tre soler

Fans av Star Wars-filmene vet at helten Luke Skywalker vokste opp på ørkenplaneten Tatooine, som går i bane rundt to soler, men nå overgår virkeligheten fiksjonen, viser en oppdagelse som er gjort av en internasjonal gruppe astronomer under ledelse av Stefan Kraus fra University of Exeter i England.

Ved hjelp av ALMA-teleskopet og Very Large Telescope i Chile har forskerne observert et ungt planetsystem som går i bane rundt hele tre stjerner.

Systemet GW Orionis befinner seg 1300 lysår unna i stjernebildet Orion, og det rommer tre planetdannende ringer av støv og gass som går i bane rundt de tre stjernene.

Den innerste ringen heller voldsomt i forhold til de to ytterste, og forskernes simuleringer tyder på at fødselen av en planet i den innerste ringen sannsynligvis har bidratt til denne formen. Det vil i så fall være den første kjente planeten som går i bane rundt tre stjerner.

SE🎬 Nyfødt planet går i bane rundt tre stjerner

Astronomene har også oppdaget en håndfull planeter som går i bane rundt to stjerner, og faktisk inngår trolig en tredjedel av stjernene i Melkeveien i dobbeltstjernesystemer. Vår egen sol ble født i en tett klynge med et par tusen søsken, og nå mener Amir Siraj og Avi Loeb fra Harvard University i USA at den unge solen også dannet par med en annen stjerne.

Den nye teorien kan romme svaret på solsystemets største uløste gåte: dannelsen av den enorme, kulerunde Oortskyen, med billioner av iskloder som går i bane rundt solsystemets flate skive i avstander fra solen som er 2000-100 000 ganger større enn avstanden mellom jorden og solen.

Den framherskende hypotesen om skyens opprinnelse har vært at isklodene ble dannet lenger inne i solsystemet og på en eller annen ukjent måte ble slynget ut til sin nåværende posisjon.

Den nye teorien til Siraj og Loeb postulerer at et sterkt felles gravitasjonsfelt mellom den unge solen og nabostjernen har tiltrukket iskloder fra planetsystemene til begge de to planetene og dermed gitt opphav til Oortskyen.

Kometene rundt solsystemet, Oortskyen, kan ha kommet fra en stjerne som solen en gang dannet par med.

© Claus Lunau

SOLSYSTEMET VÅRT: Solen stjal Oortskyen fra tvillingen sin

Planetene i solsystemet (t.v.) er omgitt av en skive av iskloder (blå), Kuiperbeltet. Lenger fra solen utvider beltet seg til en kule, Oortskyen, som omgir solsystemet. Ifølge en ny teori hadde solen opprinnelig en tvilling (t.h.) som senere ble trukket vekk fra solen. Mange av isklodene i Oortskyen og den hypotetiske Planet 9 kan stamme fra nabostjernen.

På et tidspunkt har nabostjernen blitt trukket vekk av en forbipasserende stjerne fra klyngen, noe som har etterlatt solen i ensom majestet. Hvis det er riktig, kan mange av isklodene i Oortskyen og den hypotetiske Planet 9 stamme fra solens tidligere makker.

Zombie overlever stjernens død

Astronomene kan også få innblikk i solsystemets framtid ved å studere fremmede planetsystemer. Nye observasjoner av hvite dvergstjerner, som er endestasjonen for sollignende stjerner, forteller en dramatisk historie om hva som vil skje med planetene i solsystemet når solen dør om fem–åtte milliarder år.

Da vil solens kjerne gå tom for fusjonsdrivstoff i form av hydrogen og begynne å fusjonere helium til karbon og oksygen, og da svulmer solen opp til en rød kjempestjerne som nesten når ut til jorden.

Til slutt slynger kjempen ut sine ytre lag i verdensrommet og etterlater en liten hvit dvergstjerne, som er død i den forstand at det ikke lenger skjer fusjonsprosesser i den.

SE 🎬 Solen svulmer opp til en rød kjempe

Observasjoner av hvite dverger har nå vist at de nærmeste planetene ikke bare blir sterilisert av den røde kjempens 5000 grader varme overflaten. De turbulente gasstrømmene i kjempen dundrer også planetene mot hverandre og splintrer dem.

Oversatt til solsystemet innebærer forløpet at jorden og de tre andre steinplanetene går en grusom skjebne i møte når solen brenner ut. Men en annen ny oppdagelse tyder på at de ytre planetene kanskje vil overleve.

En amerikansk forskergruppe under ledelse av Andrew Vanderburg fra University of Wisconsin-Madison har nemlig funnet en såkalt zombieplanet. Planeten er en gasskjempe som har blitt trukket inn mot en hvit dverg og nå går i bane rundt sin døde stjerne i en nær bane med en omløpstid på bare 1,4 døgn.

Skrikende gass former planeter

Men planeter som går i bane rundt en død stjerne, eller tre stjerner på en gang, er sannsynligvis ikke engang det særeste vi kan støte på i universet. Kanskje trenger ikke planeter engang bli dannet omkring en stjerne.

Det mener astronomen Keiichi Wada fra Kagoshima-universitet i Japan, som har lansert en radikalt annerledes teori om at aktive supertunge svarte hull kan føde tusenvis av planeter.

Teorien er basert på at det enorme supertunge svarte hullet i hjertet av store galakser er omgitt av en roterende skive av gass med en temperatur på flere millioner grader.

Gassen sender ut et skrik av energirik røntgenstråling før det svarte hullet sluker de nærmeste gasskyene, og strålingen skaper et voldsomt lystrykk som sprer seg i alle retninger og skyver ut støv og gass gjennom galaksen.

Støvstrømmene danner buer som samler støvet i en tettpakket, iskald skive i om lag 10–30 lysår fra det svarte hullet. Her begynner støv og is å klumpe seg sammen til frosne småsteiner som støter sammen og bygger opp større klumper. De samles i planetkjerner som tiltrekker gass og danner planeter, såkalte blaneter.

Den lysende gasskiven omkring et aktivt sort hull sender ut stråling som kanskje kan presse støv og gass sammen til planeter.

© ESO

Supertunge svarte hull kan være aktive og sluke gass i hundre millioner år, og i hele den perioden er forsyningene av støv til det planetdannende området både rikelige og konstante.

Derfor kan blaneter bli enorme og romme opptil 3000 jordmasser – eller nesten hundre ganger Jupiters masse – og det kan være 10 000 av dem i bane rundt et eneste supertungt svart hull.

Et opplagt sted å lete etter blaneter ville være det enorme supertunge svarte hullet i galaksen M87, som ligger 53 millioner lysår fra jorden.

3000 ganger jordens masse kan planeter som fødes av svarte hull nå opp i.

Et fotografi fra et verdensomspennende nettverk av radioteleskoper dokumenterte i 2019 at hullet er omgitt av en sterkt lysende gasskive. Den vil kunne levere nettopp det strålingstrykket som ifølge teorien er forutsetningen for at blaneter kan oppstå.

Jakten på solsystemets tvilling

Tross en enorm variasjon i de planetsystemene som astronomenes 25 år lange jakt på eksoplaneter har avslørt, er det en ting vi fortsatt ikke har funnet: en kopi av solsystemet. Det tvinger forskerne til å spørre seg selv om solsystemet er unikt i Melkeveien.

Kanskje handler svaret i virkeligheten om at ingen av de teknikkene som har avslørt de foreløpig 4300 eksoplanetene er spesielt velegnet til å finne solsystemets tvillinger.

De to vanligste metodene – slingremetoden og transittmetoden – gjøre det mye mer sannsynlig å finne planeter som befinner seg tett på stjerner. De kan for eksempel ikke avsløre en liten steinplanet som Mars som befinner seg i relativt stor avstand fra stjernen.

Men situasjonen vil endre seg markant når Nasa midt på 2020-tallet sender opp det store romteleskopet Nancy Grace Roman, som skal lete etter eksoplaneter med en ny teknikk som kalles mikrogravitasjonslinser.

Romteleskopet Nancy Grace Roman gjør det mulig å finne solsystemer som ligner vårt.

© NASA

Den nye metoden vil være følsom nok til å oppdage steinplaneter som er litt mindre enn Mars, og kameraet vil kunne se alle planeter som har en avstand fra sin stjerne som svarer til alt fra Venus til Pluto.

Roman-teleskopet ventes å kunne få øye på 2500 nye eksoplaneter med den nye metoden, og hvis solsystemet har tvillinger i Melkeveien, vil teleskopet finne dem. Dermed vil vårt eget solsystem kanskje ikke fortsette å være et enslig unntak i galaksen.