Natten ulmer på lavaplanet

En fysikstuderendes bachelorprojekt har givet langt dybere indsigt i et planetsystem og afsløret en overraskelse om en planet, forskerne troede, de ”kendte”. Projektet har skabt basis for en artikel, som er offentliggjort i det internationale tidsskrift The Astrophysical Journal for nylig.

Det kan godt være, at Kepler-satellitten nu har fået en ny mission, efter dens oprindelige mission er afsluttet. Men derfor kan de data, som den har sendt ned til os i den tid, hvor den havde et stift blik rettet mod et udvalg af stjerner, stadig rumme mange informationer om planeter og stjerner, som vi her på Jorden ikke har fundet endnu.

Verden over er forskere stadig ved at analysere i Kepler-sondens uvurderlige data-bibliotek, og verden over finder man fortløbende nye planetsystemer og ny viden om kendte systemer, der bidrager til vores forståelse af universet.

Historien om den studerende Alexandra Fogtmann-Schulz fra Aarhus Universitet og hendes bachelorprojekt handler om et af de fund. Den handler også om, hvordan en ’almindelig’ studerende på Institut for Fysik og Astronomi finder sig selv som hovedforfatter til en videnskabelig artikel sammen med internationalt anerkendte astrofysikere. Men lad os begynde ude i kosmos; hos planetsystemet Kepler-10.

Kepler-10b fik i sin tid kælenavnet 'Vulcan', da astrofysikerne mener, at planeten har et stort lavahav på den side, der vender ind mod planetens stjerne. Det er det planetsystem, som Alexandra Fogtmann-Schulz nu har fundet ny viden om. (Ill: NASA)

Kepler-10 var det første system, hvor forskere i 2011 fandt en lille klippeplanet ved hjælp af Kepler-satellittens teleskop. Fundet af planeten Kepler 10b markerede en milepæl i eftersøgningen af planeter, der ligner vores – og startskuddet for det, der i dag har resulteret i fundet af tusinder fremmede verdener langt ude i Kosmos.

Kepler-10b er omkring 20 gange tættere på sin stjerne, end Merkur er i vores solsystem. Nærheden til stjernen betyder, at 10b er et inferno med overfladetemperaturer, der er varmere end lavastrømme bliver her på Jorden. Planeten er i det, der kaldes bunden rotation, hvor det altid er den samme side, der vender ind mod stjernen. Det har givet planeten kælenavnet ”Vulcan”, da man mener, at 10b’s dagside er dækket af et stort lavahav. Men indtil nu, har vi lidt firkantet sagt kun kendt til halvdelen af historien.

Alexandra Fogtmann-Schulz har i sit bachelorprojekt fundet frem til, at en af planeterne i solsystemet Kepler-10, har en glødende natteside. (Foto: Rasmus Rørbæk)

Det er her, Alexandra Fogtmann-Schulz kommer ind i billedet. Nærheden til stjernen og Kepler-10b’s beskedne størrelse betyder, at det kan være vanskeligt for astrofysikerne at skelne mellem stjernens massive lys og de bittesmå ændringer i lysstyrken, som planeten laver, når den passerer foran stjernen.

”Det svarer lidt til, at du står på Mars’ overflade og kikker på et bestemt støvkorn på Jorden. Så jeg har ikke observeret selve planeten i et teleskop her fra Jorden, men har brugt 29 måneders målinger, som er sendt ned til os fra Kepler-satellitten. Da man først offentliggjorde fundet havde forskerne brugt fem måneders data, så mit bachelorprojekt havde til formål at opbygge et program, der kunne udtrække og gennemarbejde den meget større mængde data, og se, om der dukkede nye ting op,” forklarer Alexandra, og fortsætter; ”…det gjorde der.”

’Tropenat’ i ny betydning

Bachelorprojektet gik ud på at konstruere et program, der var i stand til at pløje de mange informationer igennem om bl.a. lysstyrke, termiske forhold, tidskoder og en række andre data. Da programmet blev sat til at analysere data, fandt Alexandra frem til en usædvanlig lyskurve fra systemet. Lyskurven viste, at der forsvandt mere lys, end der burde, når planeten forsvandt bag stjernen.

Det er dette ’ekstra-lys”, der gemmer på den nye viden om lavaplaneten. Konklusionen lyder, at planetens natteside afsender lyset – hvilket betyder, at Kepler-10b er en verden, hvor natten er omkring 2300 grader Celsius varm, og at bagsiden af planeten måske også har flydende lava. Det fund åbner for en række spørgsmål, som astrofysikerne på Aarhus Universitet ikke kan besvare her og nu.

”Når vi er i stand til at måle lys, der udsendes fra planetens natteside, så må det betyde, at der sker en transport af varme fra den side, der vender ind mod stjernen, hvor overfladen efter alt at dømme består af flydende lava. Vi regner ikke med, at planeten har en atmosfære eller vand, der kan transportere varmen rundt på planeten - så hvordan varmen kommer om på nattesiden, ved vi ikke endnu,” forklarer Alexandra.

Det er sådan, det ser ud når man finder planeter ved hjælp af lys. Metoden kaldes ’passage metoden' og går i sin enkelthed ud på, at man stirrer mod en stjerne og registrerer dyk i lysstyrken fra stjernen. Det kan minde lidt om at se en skygge bevæge sig forbi en lampe – men i denne sammenhæng er ’opgaven’ at se en flue flyve forbi en lampe med en pære på nogle tusind watt. I Kepler-10b’s tilfælde har Alexandra Fogtmann-Schulz vist, at planeten selv udsender en smule lys, og at der efter alt at dømme findes så høje temperaturer på nattesiden, at den gløder i sig selv. (ill: NASA)

Stjerneskælv i høj opløsning

Kepler-10 systemet er et af de ældste, vi kender til. Men indtil nu har det ikke været muligt at aldersbestemme det mere nøjagtigt. På basis af det samme program som blev brugt til at undersøge lavaplaneten, har adgangen til den større mængde data om systemet også gjort det muligt for Alexandra Fogtmann-Schulz sammen med hendes vejleder, professor Hans Kjeldsen og andre forskere fra Stellar Astrophysics Centre på AU, at fokusere på de skælv, der sker på stjernens overflade.

Det har gjort dem i stand til at analysere stjernen i langt større detaljegrad ved hjælp af asteroseismologi, der kort forklaret går ud på at studere små variationer i stjernens lys, som forårsages af lydbølger i stjernens indre. Det har skabt et klart indtryk af stjernens størrelse, masse og alder.

”Nu kan vi sige med noget større sikkerhed i stemmen, at stjernen Kepler-10 er omkring 10,4 milliarder år gammel. Stjernen kan minde om vores sol i størrelse og lysstyrke, men dens alder betyder, at den har brugt mere af sit brændstof og går over i en ny fase af sin livscyklus længe før vores sol. Med de målinger her, kan vi ret præcist sige, at den nu har omkring 5% hydrogen tilbage i sin kerne at brænde af. Kepler–10 er derfor meget interessant, fordi den viser os, hvordan vores egen sol vil have udviklet sig om nogle milliarder år. Fordi de to stjerner minder meget om hinanden, taler det for, at Kepler-10 vil lide den skæbne, som vi mener, vores sol vil få,” forklarer Alexandra Fogtmann-Schulz.

Science-fiction hverdag

Som nævnt tidligere, så handler historien om den nye viden om Kepler-10 systemet også om en studerende, der starter på et bachelorprojekt og ender som førsteforfatter i en videnskabelig artikel, der sendes ud i det anerkendte The Astrophysical Journal.

Siden projektet blev afleveret i sommeren 2012, har Alexandra Fogtmann-Schulz været med til at arbejde videre med at analysere på den samlede mængde data om Kepler-10 systemet sammen med astrofysikerne på Institut for Fysik og Astronomi. Det er de resultater, der netop er sendt ud i begyndelsen af februar.

”Til dagligt er jeg jo optaget af at analysere på data, og af at arbejde med mine projekter, men engang i mellem kommer jeg i tanke om, hvad det egentlig er, jeg arbejder med. Det er jo lidt science fiction, at jeg rent faktisk har siddet og undersøgt nye verdener langt ude i universet – og at jeg har haft mulighed for at bruge rigtige data fra Kepler-satellitten til mit bachelorprojekt.

Nu står jeg som førsteforfatter på en artikel i Astrophysical Journal foran forskere som Jørgen Christensen-Dalsgaard og Hans Kjeldsen, der begge er verdenskendte astrofysikere. Det er den slags, der får en til at knibe sig i armen,” siger Alexandra Fogtmann-Schulz, der netop er begyndt på sin ph.d. uddannelse på Aarhus Universitet.

I denne video fra 2011 vises en animation af Kepler 10-systemet. Videoen blev lavet i forbindelse med fundet af systemet, og er lavet af NASA Ames Research Center.

Denne artikel er bragt i RØMER, Nyhedsbrevet om natur- og teknisk videnskab fra Aarhus Universitet.

Tilmeld dig her og modtag gratis nyheder en gang om måneden.