Bæta tæknina til að finna fjarlægar jarðir

Rannsóknum á fjarreikistjörnum, plánetum á braut um fjarlægar stjörnur, hefur fleygt fram á síðustu árum. Guðmundur Kári Stefánsson, íslenskur doktorsnemi í stjörnufræði, er í hópi vísindamanna sem vinnur að því að fullkomna tæknina til að hægt verði að finna reikistjörnur sem líkjast jörðinni.

Um aldarfjórðungur er nú liðin frá því að menn komu auga á fyrstu fjarreikistjörnuna. Á þeim tíma sem síðan er liðinn hefur leitinni fleygt fram og hafa vísindamenn nú fundið fleiri en 3.500.

Ofgnótt er af fjarreikistjörnum í alheiminum. Í Vetrarbrautinni okkar einni eru um 400 milljarðar stjarna og telja stjörnufræðingar að í það minnsta ein reikistjarna sé á braut um hverja þeirra að meðaltali.

Þrátt fyrir þetta er enginn hægðarleikur að finna þessa hnetti frá jörðinni, ekki síst þá sem gætu haft einhver líkindi við jörðina og hýst líf.

Vagg og þvergöngur

Vísindamenn hafa fyrst og fremst fundið fjarreikistjörnur með tveimur aðferðum. Annars vegar greina þeir návist reikistjarna óbeint með því að mæla áhrifin sem þyngdarkraftur þeirra hefur á móðurstjörnurnar. Sú aðferð er nefnd Doppleraðferðin.

Massi reikistjarnanna veldur því að stjörnurnar vagga örlítið. Vaggið veldur því að stjörnurnar færast örlítið nær og fjær jörðinni. Vísindamenn nota litrófsmæla til þess að greina hversu mikið stjörnurnar vagga og þar með hversu mikinn massa og þyngdartog reikistjörnur þeirra hafa.

Hin aðferðin beinist að því að leita að svonefndum þvergöngum reikistjarna fyrir móðurstjörnur sínar. Þegar pláneturnar ganga fyrir stjörnurnar frá jörðinni draga þær örlítið úr birtu þeirra. Vísindamenn mæla birtuminnkunina og áætla út frá henni hversu stórar reikistjörnurnar eru.

Með því að sameina þessar aðferðir reikna vísindamenn út radíus og massa fjarreikistjarnanna og geta þannig áætlað efnisþéttleika þeirra og þar með efnasamsetningu.

Finna minni fjarreikistjörnur

Eins og gefur að skilja eru stórar fjarreikistjörnur auðfundnari en þær minni. Þannig er fjöldi þekktra fjarreikistjarna gasrisar, risavaxnir hnettir léttra gasa í líkingu við Júpíter, sem eiga lítt skylt við bergreikistjörnur eins og jörðina sem eru mun minni.

Þar kemur Guðmundur Kári, sem er doktorsnemi við Ríkisháskólann í Pennsylvaníu (Penn State) í Bandaríkjunum, við sögu. Hann og félagar hans vinna nú að smíði mælitækja sem eiga að auka möguleikana á að finna minni og lífvænlegri hnetti með sjónaukum á jörðu niðri.

HPF og NEID eru litrófsgreinar sem eiga að gera leitina með Doppleraðferðinni nákvæmari, að sögn Guðmundar Kára. Sá fyrrnefndi er ætlaður fyrir hnetti á braut um svonefndar rauðar dvergstjörnur, algengustu tegund stjarna í Vetrarbrautinni, sem gefa aðallega frá sér innrautt ljós en sá síðarnefndi verður notaður til að finna reikistjörnur við stjörnur sem líkjast sólinni okkar.

„Við getum fundið þær hraðar, við getum fundið minni, við getum betur fundið reikistjörnur í lífbeltunum,“ segir Guðmundur Kári um hvernig tækin tvö munu hjálpa leitinni að fjarreikistjörnum.

Vinna gegn takmörkunum andrúmsloftsins

Geimsjónaukar eins og Kepler og Spitzer hafa verið notaðir til að finna fyrstu merki um fjarreikistjörnur. Til að staðfesta fund þeirra þarf hins vegar tímafrekar athuganir sem ekki er hagkvæmt að framkvæma með geimsjónaukum.

Því skipta nýju litrófsgreinarnir sem bæta afköst sjónauka á jörðu niðri sköpum til að hægt sé að finna smærri fjarreikistjörnur. Sömuleiðis ný aðferð sem Guðmundur Kári og félagar hafa þróað til að bæta þvergönguaðferðina.

Sjónaukar á jörðu niðri búa við það vandamál að andrúmsloft jarðar takmarkar nákvæmni þeirra. Lofthjúpurinn bjagar ljósið sem berst til jarðar líkt og vatn í sundlaug.

Vísindamennirnir við Penn State hafa undanfarið prófað hrjúft gler sem dreifir ljósi á nákvæman hátt fyrir sjónaukana og eykur nákvæmni þeirra þegar þeir skima eftir örlitlum birtubreytingum stjarna þegar fjarreikistjörnur ganga fyrir þær.

Guðmundur Kári segir að ljósdreifarinn opni dyrnar fyrir nákvæmari mælingar frá jörðu niðri. Með honum hafi stjörnufræðingar náð að gera jafnnákvæmar mælingar og Kepler-geimsjónaukinn sem er ekki takmarkaður af lofthjúpi jarðar. Til stendur að birta vísindagrein um aðferðina í þessari viku.

Vilja rannsaka lofthjúpa fjarlægra bergreikistjarna

Næstu skrefin í leitinni að lífvænlegum heimum fjarri sólkerfinu okkar er að mæla lofthjúpa fjarreikistjarna til að finna þar efni sem geta staðið undir lífi.

Guðmundur Kári segir að menn geti þegar efnagreint lofthjúpa stærri fjarreikistjarna sem svipar til Júpíters eða Neptúnusar. Þar hefur vatn meðal annars fundist.

„Aðalspenningurinn fyrir mig er að skoða lofthjúpa á bergreikistjörnum. Það hefur ekki verið gert áður,“ segir hann.

Stjörnufræðingar hugsa sér því gott til glóðarinnar þegar James Webb-geimsjónaukanum verður skotið á loft seint á næsta ári ef allt gengur eftir. Hann verður öflugasti geimsjónauki sem menn hafa smíðað og á að vera arftaki Hubble-geimsjónaukans.

„Hann mun alveg breyta sýn okkar á hvernig lofthjúparnir á dvergreikistjörnum eru. Við höfum bara ekki haft mælinákvæmni til að gera það,“ segir Guðmundur Kári.