Innlent | mbl | 6.12.2023 | 8:02 | Uppfært 8:41

Ögra kenningum í stjarneðlisfræði

Dr. Guðmundur Kári Stefánsson hefur ásamt samstarfsfólki sínu við Princeton-háskólann í New Jersey gert uppgötvun sem krefst endurskoðunar kenninga um hvernig plánetur myndast í kringum massaminnstu stjörnurnar. Ljósmynd/Aðsend

Dr. Guðmundur Kári Stefánsson, stjarneðlisfræðingur og NASA Sagan-nýdoktor við Princeton-háskólann í New Jersey í Bandaríkjunum, hefur ásamt samstarfsfólki uppgötvað fjarreikistjörnu af um það bil þrettánföldum massa jarðarinnar, sem nálgast stærð plánetunnar Neptúnusar, á braut umhverfis stjörnuna LHS-3154 sem hefur um það bil níunda hlutann af massa sólarinnar.

Birti tímaritið Science grein Guðmundar og samstarfsfólks hans í síðustu viku og hafa erlendir fjölmiðlar keppst við að greina frá uppgötvuninni sem kallar á nýjar hugmyndir um hvernig plánetur myndast í kringum massaminnstu stjörnurnar. Meðal þeirra miðla sem gert hafa greinina að yrkisefni sínu eru Reuters, The Guardian, CNN og The Atlantic.

Guðmundur, sem tekur við prófessorsstöðu við Háskólann í Amsterdam í janúar, útskýrði kjarna málsins fyrir mbl.is.

Massalítill rauður dvergur

„Þessi reikistjarna er mjög spennandi því þetta er fyrsta reikistjarnan á stærð við Neptúnus á nálægri sporbraut umhverfis mjög massalítinn rauðan dverg [sem er lítil, köld og massalítil stjarna og algengasta tegund stjarna í okkar vetrarbraut]. Þetta kemur á óvart af því að þetta er furðustór reikistjarna á braut kringum furðulitla stjörnu,“ útskýrir nýdoktorinn.

Rauði dvergurinn sé það smávaxinn að hann rétt nái þeim massa að teljast stjarna sem geti viðhaldið nægum bruna vetnis til að skilgreina megi hann sem stjörnu.

Yfirlitsmynd sem ber saman stærð LHS 3154b with hýsilstjörnuna sína LHS 3154 og við jörðina og sólina. Mynd/Penn State-háskóli

„Fundur þessarar reikistjörnu vekur upp ýmsar spurningar um hvernig reikistjörnur myndast í kringum massaminnstu stjörnurnar sem eru langalgengustu stjörnurnar í vetrarbrautinni,“ segir Guðmundur og bætir því við að samkvæmt núverandi kenningum um myndun reikistjarna kringum massaminnstu stjörnurnar geti þær síðarnefndu nánast eingöngu myndað dvergreikistjörnur með massa í nánd við massa jarðarinnar en reikistjarnan nýfundna sé augljóslega töluvert massameiri.

Beittu doppler-aðferðinni við leitina

„Hún er gasrisi sem líkist sennilega Neptúnusi, er á sporbraut sem er mun nær, umferðartíminn er bara 3,7 dagar. Við þurfum því að endurskoða hvernig myndun reikistjarna á sér stað í kringum massaminnstu stjörnurnar og í greininni gerðum við töluvert af líkönum til að reyna að útskýra hvernig slík pláneta myndaðist eða gæti myndast,“ segir Guðmundur frá.

Séu líkön hans og meðhöfunda greinarinnar rétt bendi allt til þess að rykskífan sem plánetur á braut um stjörnur myndist kringum sé að minnsta kosti tíu sinnum massameiri en fram til þessa hafi verið hald manna.

„Plánetur myndast í skífu úr ryki og gasi á meðan stjarnan, sem þær ganga umhverfis, er enn mjög ung. Við fundum þessa reikistjörnu með doppler-aðferðinni sem er mjög árangursrík leið til að finna reikistjörnur. Aðferðin byggist á því að þegar reikistjarna gengur um sól sína togar sólin reikistjörnuna til og frá kringum massamiðju kerfisins og vegna doppler-hrifanna, sem er sama fyrirbæri og breytir tíðninni á hljóðinu frá sírenum á slökkviliðsbíl þegar hann blússar fram hjá [hlustanda/áhorfanda], hliðrast bylgjulengdir ljóssins vegna þessara hreyfinga stjörnunnar. Með því að mæla þessar hliðranir með mjög nákvæmum litgreinum getum við séð hreyfingar stjörnunnar og þá reiknað út að þarna sé á ferð hlutur með ákveðinn massa og umferðartíma, og séð þá hvort þarna sé á ferð spennandi reikistjarna,“ útskýrir Guðmundur.

Hafa verið að skoða 30 reikistjörnur

Játar hann að þau samstarfsfólkið hafi orðið furðulostin við að finna þessa mjög svo massamiklu reikistjörnu á braut um svo massalitla stjörnu. Hafi þau beitt nýjum litgreini við rannsóknina sem Guðmundur hjálpaði til við að smíða og hanna sem hluta af doktorsverkefni hans. Sé þar á ferð leitartæki sem hann segir að þýða mætti á íslensku sem lífbeltisreikistjörnuleitara og á ensku kallast „Habitable-zone Planet Finder“ sem er litgreinir á 10m Hobby-Eberly-sjónaukanum við McDonald-stjörnusjónaukastöðina í Texas.

Stílfærð mynd sem sýnir mögulegt útsýni frá nýfundnu reikistjörnunni LHS 3154b í átt að hýsilstjörnu sinni LHS 3154 sem er massalítil rauð dvergstjarna. Reikistjarnan LHS 3154b er furðustór reikistjarna á braut kringum mjög massalitla stjörnu og reikistjarnan hefur sennilega efnasamsetningu sem svipar til Neptúnusar. Mynd/Penn State-háskóli

„Við erum að framkvæma stóra könnun sem gengur út á að finna reikistjörnur, aðallega í lífbeltum kringum þessar massalitlu stjörnur og höfum verið að skoða um þrjátíu slíkar undanfarin ár,“ heldur Guðmundur áfram en lífbelti er hugtak sem notað er yfir staðsetningu pláneta svipuðum jörðinni sem geri það líklegt að vatn geti verið í vökvaformi á yfirborði reikistjörnunnar.

„Þetta er fyrsti fundur slíkrar reikistjörnu í þessari stóru könnun og við vorum mjög hissa á að finna svo stóra reikistjörnu þegar við bjuggumst helst við að finna dvergreikistjörnur í lífbeltum. Þessi reikistjarna er hins vegar ekki lífvænleg, hún er mjög sennilega gasrisi og of nálægt sinni stjörnu til að geta talist í lífbeltinu en þetta er fyrsti fundurinn sem er hluti af könnuninni og við erum þá að halda áfram að grandskoða þessar massalitlu stjörnur í mestri nálægð við okkur á jörðinni,“ segir stjarneðlisfræðingurinn.

Spenntur fyrir reikistjörnufræðum

Fjarlægð téðrar stjörnu frá jörðu sé um fimmtíu ljósár sem sé tiltölulega nálægt í samhengi fræðigreinarinnar og vonist þau samstarfsfólkið til þess að finna fleiri slíkar. „Það yrði þá bara kveikjan að fleiri spennandi greinum á næstu mánuðum og árum,“ segir Guðmundur.

Hvaða þýðingu hefur þessi uppgötvun ykkar helst fyrir fræðin?

„Núverandi kenningar um myndun reikistjarna kringum massaminnstu stjörnurnar ganga út frá því að massaminnstu stjörnurnar gætu aðeins myndað dvergreikistjörnur, ekki gasrisa, en nú höfum við fundið gasrisa á stuttri sporbraut og þá þurfum við að endurskoða þær kenningar,“ svarar Guðmundur.

Ein bygginga Princeton-háskólans í New Jersey þar sem Guðmundur stundar nú rannsóknir sem nýdoktor. Í janúar tekur hann við prófessorsstöðu við Háskólann í Amsterdam. Ljósmynd/Wikipedia.org/Zeete

Spurður út í hvernig leið hans hafi legið inn í stjarnvísindin og í framhaldinu þann kima þeirra sem hann nú rannsakar kveðst hann hafa lokið BS-gráðu í eðlisfræði við Háskóla Íslands árið 2013. Hafi leiðin legið þaðan í doktorsnám í stjarneðlisfræði við Penn State-háskólann í Bandaríkjunum þar sem honum hlotnaðist námsstaðan „NASA Earth and Space Science Fellow“ auk þess að hljóta Leifs Eiríkssonar-styrkinn svokallaða.

„Ég var sérstaklega spenntur fyrir reikistjörnufræðum sem var ástæðan fyrir þessu doktorsnámi og nú vinnum við að því með leitartækinu að finna reikistjörnur sem eru spennandi og geta kennt okkur ýmislegt, til dæmis núna um stórar reikistjörnur sem myndast kringum massalitlar stjörnur,“ segir hann.

Vitum um yfir 5.000 reikistjörnur

Hver er helsta þýðing stjarneðlisfræðinnar fyrir okkur jarðarbúa?

„Það er góð spurning,“ segir Guðmundur, „ég hef heillast af henni vegna þeirrar stóru spurningar hvort við séum ein eða hvort líf sé á öðrum reikistjörnum. Við vitum núna um yfir 5.000 reikistjörnur og stóra spurningin er alltaf hvort einhver þeirra gæti viðhaldið lífi en þegar stórt er spurt þarf auðvitað mikil og góð sönnunargögn fyrir því og ég er mjög spenntur fyrir því hvort þessu megi svara á næstu árum og áratugum. Fyrst þarf þá auðvitað að finna reikistjörnurnar í lífbeltum og ég er hve mest spenntur fyrir að finna reikistjörnur kringum þessar massalitlu stjörnur því lífbeltin eru mjög nálægt slíkum stjörnum sem gerir það að verkum að auðveldara er að finna þær,“ heldur hann áfram.

En hvað telur Guðmundur sjálfur miðað við núverandi þekkingu sína á himingeimnum, þykir honum líklegt að finna megi líf víðar en á jörðu, í hvaða mynd sem slíkt líf mætti vera?

„Í vetrarbrautinni eru yfir 400 milljarðar stjarna og við vitum af niðurstöðum í fjarreikistjörnufræðum sem hafa sýnt okkur að hver stjarna hafi að meðaltali eina reikistjörnu á sporbraut kringum sig svo þá er það frekar spurning um hvenær en ekki hvort á næstu árum eða áratugum við finnum ummerki um líf,“ segir hann.

Ertu sammála því sem Stephen Hawkins heitinn sagði, að ef þær lífverur væru til sem byggju yfir tækni til að komast til jarðarinnar vildum við helst ekki fá þær í heimsókn?

Doktorinn skellir upp úr. „Margar bíómyndir og sögur hafa verið smíðaðar um það og ég held að við verðum bara að bíða og sjá,“ segir dr. Guðmundur Kári Stefánsson stjarneðlisfræðingur að lokum.

Hér má sjá skýringarmyndskeið Abigail Minnich um uppgötvunina en þar fyrir neðan er að finna tengla á greinina í Science auk umfjöllunar erlendra fjölmiðla.