En kosmisk flytt som gjorde livet möjligt

För miljarder år sedan ägde en kosmisk migration rum som troligtvis är en förutsättning för vår existens. Solens nuvarande position i Vintergatan verkar behändigt ospektakulär — lugna grannar, inga extrema strålkällor och gott om tid för att livet ska kunna frodas.

Nya analyser av data från ESA-teleskopet Gaia tyder emellertid på att vår stjärna inte alls har befunnit sig i detta trygga hörn från början. Tvärtom pekar mycket på att solen vandrade ut från galaxens kaotiska centrum — tillsammans med tusentals nästan identiska stjärnor.

Den överraskande upptäckten: Tusentals av solens tvillingar i vår närhet

Utgångspunkten för den nya studien är en enorm datakälla: himmelskatalogen från rymdteleskopet Gaia. Detta instrument mäter positioner, rörelser och ljusstyrkor för mer än en miljard stjärnor med stor precision. Därifrån kan man härleda inte bara avstånd, utan också ålder, massa och kemisk sammansättning.

Ett forskarlag lett av den japanske astronomen Takuji Tsujimoto sökte målmedvetet efter stjärnor som liknar solen väldigt mycket. De hittade 6 594 så kallade soltvillingar. Dessa stjärnor har nästan samma massa, en liknande yttemperatur och en nästan identisk kemisk signatur som vår sol.

Analysen visar en tydlig ålderstopp: Många av dessa soltvillingar uppstod för 4 till 6 miljarder år sedan — i samma tidsepok som solen själv.

Kemiskt liknar dessa stjärnor varandra på ett förbluffande sätt. De innehåller motsvarande mängder av syre, magnesium och kisel — grundämnen som bildas vid supernovaexplosioner från massiva stjärnor och berikar det interstellära rummet. Detta mönster passar särskilt bra till bildningsområden i Vintergatans inre, där stjärnbildningen pågår intensivt och tätt.

Det blir riktigt intressant när man ser på var dessa soltvillingar befinner sig idag. Många av dem ligger liksom solen i galaxens yttre skivområde, långt från centrum. För forskarna är det ett starkt tecken på en gemensam migrationshändelse.

Vad galaxens stavstruktur har med vårt liv att göra

I centrum av spiralgalaxer finner man ofta en avlång struktur av stjärnor och gas — den så kallade galaktiska staven. Vår Vintergata har likaså en sådan stav. Enligt den nya studien kan just dess bildande ha utlöst massutflyttningen av solen och dess ”tvillingar”.

Modeller antyder att denna stav bildades för cirka 5 miljarder år sedan. Under dess tillväxt verkar den som en gigantisk gravitationsomrörare. Den förskjuter rörelsemängdsmomentet hos de omgivande stjärnorna och kan drastiskt ändra deras banor.

Normalt hindrar en zon som astronomerna kallar korotation stjärnor från att bara byta från centrum till de yttre delarna. De resonanser som uppstår under stavens bildande försvagar denna barriär. Stjärnor som tidigare kretsade tätt vid centrum kan därmed vidga sina banor utåt — i en sorts kosmisk utvandring.

Den aktuella studien, som bland andra Daisuke Taniguchi är medförfattare till, visar: Just i detta tidsfönster för 4 till 6 miljarder år sedan blev otaliga soltvillingar ”katapulterade” från de inre regionerna till vidare kretsloppsbanor. Simuleringar av de nuvarande banorna stödjer att solen hörde till denna vandrande grupp.

Utan utvandringen: Jorden skulle troligtvis ha utsatts för konstant galaktiskt bombardemang

Konsekvenserna för vår kosmiska hembygd är enorma. I Vintergatans inre regioner är förhållandena långt mer barscha än i det område solen idag genomkorsar. Täta möten med andra stjärnor stör oftare planetariska system, och gasmoln samt intensiv stjärnbildning skapar ytterligare oro.

Därtill kommer en hög frekvens av supernovor och möjligen gammablixtrar. Sådana explosioner översvämmer omgivningarna med energirik strålning som kan förstöra atmosfärer och sterilisera planetytor.

Solens vandring från galaxcentrum till en lugnare zon kan ha varit den avgörande faktorn som på lång sikt säkrade jorden flytande vatten och en stabil atmosfär.

I den yttre skivan, cirka 26 000 ljusår från centrum, är stjärnornas täthet långt lägre — typiskt storleksordningar lägre än i kärnområdet. Gravitationsstörningar uppstår mer sällan, och extrema strålningshändelser likaså. Det är precis här solsystemet befinner sig idag — i en sorts kosmisk förort.

Nya kriterier för livsvänliga planetsystem

Studien förändrar synen på var livsvänliga världar kan bildas och upprätthållas i en galax. Medan fokus hittills främst har varit på avståndet till den enskilda stjärnan och dess ljusstyrka, flyttar det samlade systemets stora kretslopp kring galaxcentrum nu starkare i förgrunden.

Forskarna föreslår att man vid sökandet efter exoplaneter framöver ställer tre frågor:

Hur lik solen är stjärnan i massa, ålder och kemisk sammansättning?
Befinner den sig för närvarande i en lugn region av galaxen?
Har den tillryggalagt en vandring från farligare zoner?

Soltvillingar som idag kretsar tätt vid galaxcentrum är trots liknande egenskaper troligtvis dåliga kandidater för komplext liv. System som — liksom solen — har dragit från de inre regionerna ut till lugnare zoner framstår däremot som särskilt spännande mål.

Jakten på ”systerplaneter” till jorden

Ett långsiktigt mål för forskarna är att rekonstruera banhistorien för så många soltvillingar som möjligt. Den som kan kartlägga vilka stjärnor som lämnade den inre galaxen tillsammans med solen kan söka mer riktat efter planeter som liknar jorden.

Gaia-data levererar grunden för detta. Kombinerat med spektra från andra teleskop kan dessa stjärnors rörelse, kemiska signaturer och ålder bestämmas med allt större precision. Av denna kombination uppstår en sorts kosmiskt stamträd — inklusive antydningar om vilka stjärnor som förmodligen härstammar från samma ursprungsregion.

Bland de flera tusen identifierade soltvillingarna kan det gömma sig åtskilliga system med klippvärldar på ett behagligt avstånd till sin stjärna. Några av dem kommer kanske redan med dagens eller framtidens instrument att kunna undersökas för tecken på atmosfärer eller till och med biologisk aktivitet.

Vad facktermer som stav, korotation och habitabilitet betyder

Den galaktiska staven är i grunden en långsträckt ansamling av stjärnor och gas som tecknar sig som ett ljust ”band” tvärs över galaxcentrum. Dess tyngdkraft påverkar kraftfullt kretsloppsbanorna hos många omgivande stjärnor.

Den så kallade korotationen är det område där stjärnor kretsar kring centrum med samma vinkelhastighet som staven roterar med. Denna zon fungerar normalt som en dynamisk spärr. Först de resonanser som uppstår under stavens tillväxt öppnar kortvarigt detta system och möjliggör vittgående banändringar.

Begreppet beboeliga zonen betecknar det område kring en stjärna där vatten permanent kan existera i flytande tillstånd — varken fryser helt eller avdunstar omedelbart. Den nya studien gör klart: Även om en planet befinner sig i denna zon kan dess galaktiska adress avgöra om stabila, livsvänliga förhållanden kan upprätthållas över miljarder år.

Vilka öppna frågor som fortfarande kvarstår

Trots den imponerande kedjan av indicier består fortfarande osäkerheter. Åldersuppskattningar i miljarder år har alltid ett visst spelrum, liksom banrekonstruktioner över så långa tidsperioder. Vintergatan är dessutom inte ett statiskt system — den förändras, slukar dvärgalaxer, bildar nya stjärnor och förlorar gas.

Riktningen är inte desto mindre klar: Solen är troligtvis inte en stillasittande stjärna som uppstod där vi ser den idag. Mycket tyder på att vårt samlade planetsystem deltog i en gigantisk galaktisk omstrukturering — och just därigenom gled in i en zon där liv som på jorden överhuvudtaget fick chansen att utvecklas i lugn och ro.

För framtida uppdrag och stora teleskop innebär detta en sorts ny checklista. Den som seriöst söker efter livsvänliga världar måste inte bara hålla utkik efter ”andra solar”, utan också efter deras kosmiska biografi: Var kom de ifrån, vilka regioner har de genomkorsat, och hur länge har de levt i ett lugnt hörn av galaxen? Svaret på det kan avgöra var vi nästa gång letar efter en verkligt jordliknande planet.