Vores sol stammer sandsynligvis fra et uroligt galaktisk indre
For milliarder af år siden befandt vores sol sig formentlig ikke i sit rolige hjørne af galaksen, men i et livsfarligt og hektisk centrum af Mælkevejen.
Ny forskning antyder, at solen – sammen med tusindvis af næsten identiske stjerner – engang kredsede tæt på det galaktiske centrum og derefter kollektivt flyttede ud mod randområderne. Den kosmiske flytning ser ud til at have skabt præcis de betingelser, der tillod livet at opstå på Jorden.
I dag kredser solen i sikker afstand fra Mælkevejens centrum – omkring 26.000 lysår væk. Det er et relativt fredeligt område med færre naboer og mindre kosmisk kaos. Men ny forskning tyder på, at det ikke altid har været tilfældet.
Astronomer mener nu, at solen opstod i en langt mere travl zone tættere på Mælkevejens hjerte. Her vrimler det med massive stjerner, supernovaer og intens stråling. I sådanne omgivelser har unge planeter meget ringe chance for at forblive stabile i milliarder af år.
Ifølge det nye scenarie blev solsystemet bogstaveligt talt ført væk fra en dødelig region i Mælkevejen – i tide til at give livet en chance.
Over 6.500 sol-tvillinger afslører en fælles oprindelse
Nøglen ligger i data fra Gaia, Den Europæiske Rumorganisation ESA's præcise rumteleskopprojekt. Gaia måler positionen, lysstyrken og bevægelsen for mere end en milliard stjerner i Mælkevejen.
Et japansk forskerhold under ledelse af Takuji Tsujimoto fra Astronomisk Institut i Tokyo udvalgte fra denne enorme database 6.594 stjerner, der ligner solen påfaldende meget. De har omtrent samme masse, temperatur og kemiske sammensætning.
- Sammenlignelig masse med solen
- Lignende overfladetemperatur
- Næsten identiske mængdeforhold af grundstoffer som ilt, magnesium og silicium
Da forskerne undersøgte stjernernes aldre, opdagede de noget bemærkelsesværdigt. En stor del er mellem 4 og 6 milliarder år gamle. Solen selv er cirka 4,6 milliarder år gammel. Det er langt mere end tilfældig fordeling – det ligner en egentlig fødselsbølge.
Derudover udviser mange af disse stjerner det samme kemiske fingeraftryk. Det peger på, at de er opstået i samme slags miljø: rigt på tunge grundstoffer fra tidligere generationer af massive stjerner, der eksploderede. Sådanne forhold finder astronomer primært i Mælkevejens inderste zoner, hvor stjernedannelsen er ekstremt aktiv.
En spredt familie i Mælkevejens yderste områder
Endnu en ting springer i øjnene i Gaia-dataene: sol-tvillingerne befinder sig i dag ikke ved centrum, men spredt ud over Mælkevejens ydre skive. Stjerner, der kemisk og aldersmæssigt hører sammen, er altså havnet i en helt anden del af galaksen end dér, de sandsynligvis opstod.
Det peger på en kollektiv flytning – ikke én stjerne, der tilfældigvis drev ud, men en hel befolkning af stjerner, der samlet blev forskudt udad. Spørgsmålet er, hvilket mekanisme der kan forklare det.
Den galaktiske bjælke som kosmisk slynge
Ifølge forskerne falder brikkerne på plads, når man inddrager en stor aktør: den såkaldte bjælke i Mælkevejen. Det er en langstrakt struktur af stjerner og gas, der løber tværs gennem centrum. Mange spiralgalakser har en sådan bjælke – og Mælkevejen er ingen undtagelse.
Modeller viser, at denne bjælke dannedes for omkring 5 milliarder år siden. Det tidspunkt stemmer slående overens med aldersfordelingen hos sol-tvillingerne og med den formodede dannelsesperiode for solen selv.
Bjælken fungerer som en enorm tyngdekraftskrue. Mens den vokser, begynder den at påvirke stjernernes baner. Visse stjerner i de centrale regioner får netop nok ekstra fart til at slippe ud af deres gamle bane og migrere til større afstande.
Under dannelsen af den galaktiske bjælke opstod der midlertidige "tyngdekraftsdøre", som tillod hele grupper af stjerner at glide udad på én gang.
Astronom Daisuke Taniguchi og kollegerne viste med computersimuleringer, at der normalt eksisterer en slags usynlig barriere – den såkaldte korotation. Den holder stjerner nogenlunde fast i deres del af skiven. Under bjælkens dannelse opstår der imidlertid midlertidige resonanser i tyngdekraftsfeltet, som lokalt svækker denne barriere. Præcis da kan mange stjerner samtidig slynges ud i en bredere bane.
Banerne for de fundne sol-tvillinger passer godt med dette scenarie: de ser ud til, at stjernerne forlod de inderste regioner for 4 til 6 milliarder år siden og siden da relativt stabilt har kredset i den ydre skive.
Fra livsfarligt kvarter til rolig galaktisk forstad
Mælkevejens centrale zoner er alt andet end venlige over for en ung jordlignende planet. Stjernerne ligger tæt pakket. Tyngdekraftsforstyrrelser er hverdagskost. Stjerner trænger ind i hinandens systemer, slynger planeter ud af deres baner eller fordrejer banerne så kraftigt, at stabile klimaer bliver umulige.
Hertil kommer hyppige supernovaer: massive stjerner, der eksploderer voldsomt og sender enorme mængder stråling ud i rummet. For en sårbar atmosfære som den unge Jordens kan det være fatalt. Ozonlag nedbrydes, oceaner kan delvist fordampe, og komplekse molekyler beskadiges.
Ved at migrere udad kom solen ind i et langt roligere miljø. Stjernedensiteten her er skønsmæssigt hundrede gange lavere end i det indre område. Nærliggende supernovaer er sjældne, og andre stjerner forstyrrer sjældnere solsystemet.
Den ro gav Jorden tid til at opbygge en stabil bane, et relativt mildt klima og en beskyttende atmosfære – præcis hvad liv ser ud til at kræve.
Uden den galaktiske flytning havde der været stor risiko for, at Jorden tidligt i sin historie mistede sit vand, sin atmosfære eller sin bane. Så ville vores galakse måske have set ens ud – men uden en civilisation til at tænke over det.
Nye kriterier i jagten på beboelige verdener
Forskningen introducerer en ny idé: ikke kun hvor en stjerne befinder sig nu har betydning for chancen for liv, men også hvordan dens bane har udviklet sig tidligere. En stjerne, der i dag er trygt placeret i randområderne, kan engang have opstået i en farlig zone.
Det har konsekvenser for den måde, astronomer ser på exoplaneter. Hidtil har fokus ligget på forhold som:
- Afstand fra stjernen til det galaktiske centrum
- Afstand fra planeten til stjernen – den såkaldte "gyldne zone"
- Stjernetype og stabilitet i lysudstrålingen
- Kemisk sammensætning af stjernen og mulige planeter
Nu tilføjes et ekstra spørgsmål: har dette system haft en urolig ungdom nær det galaktiske centrum, eller har det længe haft rolige omgivelser i den ydre skive? Stjerner med en rejsehistorie, der ligner solens – født i et kemisk rigt miljø og derefter flyttet til et fredeligt kvarter – bliver pludselig ekstra interessante.
Næste skridt: at kortlægge sol-familiernes stamtræ
Med Gaia som omdrejningspunkt ønsker astronomer nu at rekonstruere de tidligere baner for så mange sol-tvillinger som muligt. Ved at kombinere deres nuværende positioner og hastigheder med modeller af Mælkevejen kan man beregne, hvor disse stjerner befandt sig for milliarder af år siden.
I denne population skjuler der sig muligvis stjerner med planeter, der ligner Jorden: stenede, med tilsvarende afstand til deres stjerne og i et stabilt, strålingsfrit miljø. Teleskoper som James Webb Space Telescope og fremtidige kæmpeteleskoper på Jordens overflade kan derefter undersøge atmosfærerne på sådanne planeter for mulige livsspor – som ilt, metan eller kombinationer af gasser, der er svære at forklare med ren geologi.
Dermed vokser idéen om, at Jorden ikke blot har en gunstig position omkring solen, men også en gunstig bane inden for hele galaksen. Den galaktiske beboelige zone – en ring, hvor balancen mellem tunge grundstoffer og kosmisk ro er præcis rigtig – får hermed en langt mere dynamisk karakter. Det handler ikke om en fast stribe, men om stjerner, der over tid bevæger sig gennem forskellige zoner.
Begreber i dybden: galaktisk bjælke og korotation
For dem, der er mindre fortrolige med galaktiske strukturer: Mælkevejens bjælke kan man forestille sig som en tyk stribe af stjerner og gas gennem centrum, hvorfra spiralarmene udgår. Bjælken roterer langsomt om centrum og påvirker stjernernes baner i et vidt område.
Korotation er det område, hvor stjerner har nogenlunde samme vinkelhastighed om centrum som selve spiralstrukturen. Normalt danner sådanne områder et slags dynamisk grænselag, der vanskeliggør udveksling af stjerner. Kun når tyngdekraftsstrukturen ændres – for eksempel ved dannelsen eller forstærkningen af bjælken – kan denne grænse kortvarigt blive porøs.
Ved at kortlægge sådanne processer ikke blot for solen, men for hele populationer af stjerner, opstår et langt rigere billede af, hvordan en galakse fungerer. En galakse viser sig at være ikke en statisk snurretop, men et system, hvor hele kvarterer kan flytte sig. Det gør spørgsmålet om, hvor liv kan opstå, overraskende afhængigt af begivenheder i galaksens fulde skala.
