Upptäckten av en möjlig ”superjord” mindre än 20 ljusår från vår egen planet ger forskare nytt hopp i jakten på andra världar som kan hysa liv, enligt ett internationellt team med forskare från Penn State. De döpte exoplaneten, som fått namnet GJ 251 c, till en ”superjord” eftersom data tyder på att den är nästan fyra gånger så massiv som jorden och sannolikt är en stenig planet.
”Vi letar efter den här typen av planeter eftersom de är vår bästa chans att hitta liv någon annanstans”, säger Suvrath Mahadevan, Verne M. Willaman-professor i astronomi vid Penn State och medförfattare till en artikel om upptäckten som publicerats i The Astronomical Journal.
”Exoplaneten befinner sig i den beboeliga zonen, eller ’Goldilocks-zonen’, på rätt avstånd från sin stjärna för att flytande vatten ska kunna existera på dess yta, om den har rätt atmosfär.”
I årtionden har sökandet efter planeter som kan ha flytande vatten, och kanske liv, drivit astronomer att designa och konstruera avancerade teleskop och beräkningsmodeller som kan upptäcka även de svagaste signalerna från stjärnljus.
Den senaste upptäckten är resultatet av två decenniers observationsdata och erbjuder en av de mest lovande utsikterna hittills för att söka efter tecken på liv på andra planeter, säger Mahadevan.
Exoplaneten hittades med hjälp av data från Habitable-Zone Planet Finder (HPF), en högprecisionsspektrograf för nära infrarött ljus – ett komplext prisma som bryter upp signaler från stjärnljus – som är fastsatt på Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald-observatoriet i Texas.
Forskare vid Penn State ledde designen och konstruktionen av HPF, som byggdes för att upptäcka jordliknande planeter i de beboeliga zonerna hos närliggande stjärnor.
”Vi kallar den Habitable Zone Planet Finder, eftersom vi letar efter världar som ligger på rätt avstånd från sin stjärna för att flytande vatten ska kunna existera på deras yta. Detta har varit det centrala målet för den undersökningen”, säger Mahadevan.
”Denna upptäckt representerar en av de bästa kandidaterna i sökandet efter atmosfäriska tecken på liv någon annanstans under de kommande fem till tio åren.”
Mahadevan och hans kollegor gjorde upptäckten genom att analysera en omfattande datainsamling som sträcker sig över 20 år och som samlats in av teleskop runt om i världen, med fokus på den svaga rörelsen, eller ”vaggan”, hos planetens värdstjärna, GJ 251. Denna ”vagga” består av små dopplerskift i stjärnans ljus som orsakas av gravitationen från en planet i omloppsbana.
De använde baslinjeobservationerna för att först förbättra mätningarna av ”vacklingen” hos en tidigare känd inre planet, GJ 251 b, som kretsar kring stjärnan var 14:e dag.
Sedan kombinerade de baslinjedata med nya högprecisionsdata från HPF för att avslöja en andra, starkare signal vid 54 dagar – vilket indikerade att det fanns en annan, mycket mer massiv planet i systemet.
Teamet bekräftade planetens signal ytterligare med hjälp av NEID-spektrometern som byggts av forskare vid Penn State och som är ansluten till ett teleskop vid Kitt Peak National Observatory i Arizona.
”Vi ligger i framkant när det gäller teknik och analysmetoder med detta system”, säger Corey Beard, korresponderande författare till artikeln, som genomförde forskningen medan han tog en doktorsexamen i astrofysik vid University of California, Irvine.
”Vi behöver nästa generations teleskop för att direkt avbilda denna kandidat, men vi behöver också investeringar från samhället.”
Ett internationellt team av forskare, inklusive forskare vid Penn State, döpte exoplaneten, som fick namnet GJ 251 c, till en ”superjord”, eftersom data tyder på att den har en stenig sammansättning som liknar jordens och är nästan fyra gånger så massiv. Källa: University of California Irvine
En av de största utmaningarna med att hitta avlägsna världar är att skilja planetens signal från dess stjärnas egen aktivitet, en sorts stjärnväder, förklarade Mahadevan.
Stjärnaktivitet, såsom stjärnfläckar, kan efterlikna en planets periodiska rörelse och ge ett falskt intryck av en planet där det inte finns någon.
För att skilja signal från brus använde forskarna avancerade beräkningsmodeller för att analysera hur signalerna förändras över olika våglängder, eller färger, av ljus.
”Det är svårt att försöka dämpa stjärnaktiviteten och samtidigt mäta dess subtila signaler, att urskilja svaga signaler från vad som i grunden är en bubblande, magnetosfärisk gryta på en stjärnas yta”, säger Mahadevan.
Han förklarar att upptäckten av exoplaneter som GJ 251 c kräver avancerade instrument och komplex dataanalys. Arbetet involverar samarbete mellan flera institutioner och expertis över hela världen, och viktigast av allt, det kräver ett långsiktigt engagemang från de länder som finansierar forskningen – vilket ofta kan ta årtionden att ge användbara resultat.
”Denna upptäckt är ett utmärkt exempel på kraften i tvärvetenskaplig forskning vid Penn State”, säger Eric Ford, framstående professor i astronomi och astrofysik och forskningschef vid Penn States Institute of Computational & Data Sciences (ICDS).
”För att dämpa störningarna från stjärnans aktivitet krävdes inte bara avancerade instrument och tillgång till teleskop, utan också anpassning av datavetenskapliga metoder till de specifika behoven för denna stjärna och kombinationen av instrument. Kombinationen av exakta data och avancerade statistiska metoder gjorde det möjligt för vårt tvärvetenskapliga team att omvandla data till en spännande upptäckt som banar väg för framtida observatorier att söka efter bevis på liv utanför vårt solsystem.”
Även om den exoplanet som teamet upptäckte inte kan avbildas med dagens instrument, säger Mahadevan, skulle nästa generations teleskop kunna analysera planetens atmosfär, vilket potentiellt skulle kunna avslöja kemiska tecken på liv.
”Vi är alltid fokuserade på framtiden”, säger han. ”Oavsett om det handlar om att se till att nästa generations studenter kan delta i avancerad forskning eller att designa och bygga ny teknik för att upptäcka potentiellt beboeliga planeter.”
Den nyupptäckta exoplaneten är perfekt placerad för direkt observation med mer avancerad teknik. Mahadevan och hans studenter planerar redan för när mer kraftfulla teleskop, den nya generationen av 30-metersklassens markbaserade teleskop, kommer att tas i bruk. De nya teleskopen är utrustade med avancerade instrument och förväntas ha förmågan att avbilda närliggande stenplaneter i beboeliga zoner.
”Även om vi ännu inte kan bekräfta förekomsten av en atmosfär eller liv på GJ 251 c, är planeten ett lovande mål för framtida utforskning”, säger Mahadevan.
”Vi har gjort en spännande upptäckt, men det finns fortfarande mycket mer att lära sig om denna planet.”
Mer information: Discovery of a nearby Habitable Zone Super-Earth Candidate Amenable to Direct Imaging, The Astronomical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-3881/ae0e20
