eksoplaneetta

"Merkurius poikkeaa Aurinkokunnan muista maankaltaisista planeetoista, koska raudan osuus on hyvin suuri. Siten se on saattanut syntyä eri tavalla. Olimme yllättyneitä, että eksoplaneetalla osoittautui olevan yhtä suuri tiheys. Merkuriusta muistuttavat planeetat eivät ehkä olekaan niin harvinaisia kuin olemme kuvitelleet", aprikoi David Armstrong Warwickin yliopistosta.

Samassa järjestelmässä on kaksi muutakin planeettaa. K2-229b on niistä sisin, mutta myös kaksi ulompaa planeettaa kiertää tähteä lähempänä kuin Merkurius kiertää Aurinkoa. Kolmikon tarkemman tutkimuksen toivotaan valaisevan tiheiden planeettojen syntyä yleisemminkin, myös Merkuriuksen osalta.

Tiheä rautamaailma K2-229b on saattanut syntyä, kun tähdestä puhaltava hiukkastuuli ja voimakkaat flare-purkaukset ovat raastaneet alkujaan ehkä Jupiteria muistuttavan planeetan kaasukehän avaruuteen. Toinen vaihtoehto on, että planeetta on syntynyt kahden kookkaan kappaleen törmätessä toisiinsa miljardeja vuosia sitten.

Löydöstä kerrottiin Warwickin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on ilmestynyt Nature Astronomy -tiedejulkaisussa (maksullinen).

Kuva: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

CoRoT-2b on kuitenkin poikkeus säännöstä. Sen kuumin kohta onkin tähteä kohti olevan pisteen länsipuolella.

"Tässä tapauksessa luonto teki meille tepposet. Tällä planeetalla tuulet puhaltavat väärään suuntaan. Tutkimalla sitä tarkemmin toivomme saavamme lisää tietoa 'kuumien Jupiterien' olemuksesta", Cowan sanoo.

Väärään suuntaan puhaltavat tuulet eivät ole ainoa CoRoT-2b-planeetan kummallisuus. Se on kuumempi kuin etäisyys tähdestä antaisi olettaa ja sen kaasukehä on "turvoksissa". Jälkimmäinen seikka on selitettävissä korkealla lämpötilalla, mutta arvioitua korkeampi lämpötila on toistaiseksi arvoitus.

Väärään suuntaan puhaltavat tuulet voisivat selittyä planeetan magneettikentällä. Jos kaasukehän ja magneettikentän välillä on vahva vuorovaikutus, se saattaa vaikuttaa myös tuuliin ja niiden suuntaan.

Toinen mahdollinen selitys on, että planeetan pyörimisliike ei olekaan "lukittunut". Se voi pyöriä niin hitaasti, että päivä on pidempi kuin vuosi. Silloin tuulten vallitseva suunta olisi idästä länteen eikä teorian mukaisesti lännestä itään.

Planeetan itäpuolta saattavat myös verhota pilvet, jotka tekevät siitä länsipuolta tummemman. Se olisi kuitenkin ristiriidassa "kuumien Jupiterien";kaasukehän virtauksia koskevien mallien kanssa.

Outoon löytöön johtaneet havainnot tehtiin infrapuna-alueella toimivalla Spitzer-avaruusteleskoopilla. Arvoituksen ratkaisua voidaan joutua odottamaan siihen saakka, että Webb-avaruusteleskooppi saadaan avaruuteen ehkä ensi vuoden keväällä. Sen peili on pinta-alaltaan yli 40-kertainen Spitzerin peiliin verrattuna.

Löydöstä kerrottiin McGill-yliopiston tiedotteessa ja tutkimus on julkaistu Nature Astronomy -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Aldaron/CC BY-SA 3.0

Planeettojen erikoinen rinnakkaiselo sai tutkijat miettimään ilmiön esittämistä helposti ymmärrettävässä muodossa. Näin syntyi alla näkyvällä videolla toistuva jännittävä äänikuva Trappist-1:n planeettakunnasta. Rytmi on kiehtova, monimutkainen, ja ehkäpä jostakusta jopa miellyttäväkin.

On myös kiehtovaa ajatella, että Trappist-1:n "musiikkiteos" on "soinut" todellisessa maailmassa jo muutaman miljardin vuoden ajan - tosin 212 miljoonaa kertaa hitaammin kuin videolla kuuluva versio.

Tuoreen tiedeartikkelin mukaan juuri resonanssiin lukkiutuminen on luultavasti mahdollistanut planeettojen säilymisen näin pitkään. Ilman resonanssia radat olisivat muuttuneet kaoottisiksi jo alle 500 000 vuodessa, ja planeetat olisivat joko sinkoutuneet tähden luota avaruuteen tai jopa törmänneet toisiinsa.

Aluksi kaikki yritykset mallintaa planeettakunnan nykytila epäonnistuivat, sillä ne näyttivät aina päätyvän kaoottisille radoille. Lopulta tutkijat kuitenkin päättivät lähteä aina planeettakunnan synnystä lähtien, ja asia selvisi. Nuoren Trappist-1:n ympärillä olleessa pöly- ja kaasukiekossa syntyneet planeetat kulkeutuivat ja jäivät paikoilleen juuri sen samaisen kiekon ansiosta.

Vaikka nykyisin tunnetaan jo yli 500 tähteä, joilla on useita eksoplaneettoja, ei muita täydessä resonanssissa olevia planeettakunta ole vielä löytynyt.

"Trappist-1 on varmaankin musikaalisin eksoplaneettaperhe, jonka tulemme ikinä löytämään", uumoili eräs musiikkiprojektin luojista, tutkija ja muusikko Matt Russo. "Toivon kuitenkin olevani väärässä", hän lisäsi toiveikkaana.

Trappist-1 sijaitsee noin 40 valovuoden päässä Auringosta. Se on hyvin pieni punainen kääpiötähti, ja kaikki sen planeetat kiertävät alle 13 miljoonan kilometrin päässä tähdestä. Vertailun vuoksi oman Aurinkokuntamme sisin planeetta Merkurius käy lähimmillään 46 miljoonan kilometrin päässä Auringosta.

Tarkempia tietoja Trappist-1:stä ja sen kiertolaisista voi katsoa Trappist-1:n sivulta. Videosta ja äänikuvasta taas löytyy lisätietoa System-sounds -sivustolta.

TRAPPIST-teleskooppi.

Belgialaisoluthenkisesti nimetty TRAPPIST on kahdesta 60 cm:n robottiteleskoopista koostuva havaintosysteemi, joka mittaa valittuja tähtiä taivaalla automaattisesti. Teleskoopit sijaitsevat Chilessä Euroopan eteläisen observatorion La Sillan observatorioalueella ja Oukaïmdenin observatoriossa Marokossa. 

Nämä ovat havainneet aikaisemmin muun muassa kolme maapallon kokoista planeettaa viileän, vain hieman Jupiteria suuremman punaisen kääpiötähden ympärillä. Koska tähti ei ole kuvin kuuma, ja planeetat kiertävät varsin lähellä tähteään, ovat ne todennäköisesti alueella, missä niiden pinnalla oleva vesi voisi olla nestemäisessä muodossa.

Näin ollen periaatteessa planeettojen pinnalla voisi olla elämää – ainakin sellaista, millaisena elämän täällä maapallolla tunnemme.

Havainnot tästä (otsikkokuvassa hahmotellusta) vain noin 40 valovuoden päässä sijaitsevasta, nimeltään kiihottavasti 2MASS J23062928-0502285 olevasta tähdestä planeettoineen julkaistiin Naturessa viime toukokuussa.

Voi hyvinkin olla, että näistä planeetoista on saatu nyt lisätietoja, kun niitä on tutkittu paremmin esimerkiksi Hubblen avaruusteleskoopilla ja Spitzer-infrapunateleskoopilla (mukana tilaisuudessa on näiden edustajat). On tiedossa, että planeettakolmikkoa on tutkittu tarkemmin näillä havaintolaitteilla. 

Toinen mahdollisuus on se, että TRAPPIST-ryhmä Hubblen ja Spitzerin havainnoilla ryyditettynä on löytänyt jotain muuta, vieläkin kiinnostavampaa.

TRAPPIST on ainakin havainnut aktiivisesti kaikkiaan 50 eri tähteä; koska eksoplaneettoja tuntuu olevat runsaasti joka puolella, ei olisi mitenkään ihmeellistä, että niiden joukosta olisi löytynut jotain kiinnostavaa.

Siis: veikkauksemme on, että keskiviikkona puhutaan Maan kokoisista eksoplaneetoista, joiden pinnalla on mahdollisesti nestemäistä vettä. Tai kaasukehässä jotain jännää, kuten ... happea?

Proximan planeetan vahvistavaa tutkimusta ei ole vielä hyväksytty julkaistavaksi, mutta sen voi lukea ArXiv-palvelusta.

Toisessa tutkimuksessa kävi ilmi, että Aurinkoa lähin tähtijärjestelmä on Alfa Kentauri. Asia on ollut vaakalaudalla noin sadan vuoden ajan, aina siitä lähtien kun Robert Innes löysi Proximan hieman lähempää vuonna 1915. Tähän asti ei ole ollut varmaa, onko Proxima osa tuota järjestelmää vai ei.

Tutkijat kertoivat marraskuussa onnistuneensa viimein mittaamaan Proximan nopeuden riittävän tarkasti: se on vain 300  metriä sekunnissa Alfa Kentaurin suhteen. Tämä on selvästi vähemmän kuin pakonopeus Alfan vaikutuspiiristä olisi Proximan etäisyydellä (n. 500 m/s). Edes mittausten virherajat eivät yllä lähellekään toisiaan. Tähdet ovat varmasti sidoksissa toisiinsa. Asiaa käsittelevä artikkeli on luettavissa Astronomy and Astrophysics -lehden verkkosivuilta.

Yksi Proximan kierros Alfan keskuksen (jossa muuten on kaksi muuta tähteä, A ja B) ympäri kestää noin 550 000 vuotta. Koska rata on varsin elliptinen, etäisyys päätähtiin vaihtelee tuona aikana 4300 ja 13000 AU:n välillä. AU tarkoittaa astronomista yksikköä, eli Maan ja Auringon välistä keskietäisyyttä.

Omaan aurinkokuntaamme sijoitettuna Proxima kiertäisi siis jossain sisemmän Oortin (tai Hillsin) pilven tienoilla. Toistaiseksi noin kaukaa ei täältä "omalta pihaltamme" ole onnistuttu löytämään ainuttakaan kappaletta. Jopa hypoteettinen yhdeksäs planeetta, Ykä, kävisi mallien mukaan enintään 1200 AU:n päässä.

Juuri nyt Proxima on kahdesta muusta tähdestä katsoen lähes ratansa kauimmassa pisteessä. Auringosta katsoen tähdet taas tekevät lähimmän ohituksensa noin 30 000 vuoden kuluttua (tästä lisää aiemmassa jutussamme tähtien lähiohituksista).

Lopuksi vielä muistutus: Koko käsitellyn lähimmän tähtijärjestelmän virallinen nimi on Rigil Kentaurus. Nimi tulee arabiankielisestä lauseesta "Al Rijl al Kentaurus" ja tarkoittaa Kentaurin jalkaa. Kansainvälinen tähtitieteellinen Unioni IAU virallisti nimen marraskuussa. Rigil Kentaurus valittiin monien muiden nimien, kuten Alfa Kentaurin ja Tolimanin, joukosta. Myös Proxima Centaurin nimi virallistettiin aiemmin tänä vuonna. Mutta nyt, koska se on myös osa Rigiliä, sillä on myös toinen virallinen nimi, "Rigil Kentaurus C". Samalla sen planeetta on sekä "Proxima Centauri b" että "Rigil Kentaurus Cb". IAU:n hyväksymästä nimilistasta löytyy 225 muutakin tuttua ja tuntemattomampaa tähteä.

Päivitys klo 18:50: Lisätty lyhyt kappale tähtien näennäisistä etäisyyksistä.

Otsikkokuva: ESO/M. Kornmesser (hahmotelma mahdollisesta maisemasta planeetan pinnalta)

Nyt kyseessä oleva "uutinen" on peräisin viime vuoden toukokuulta, jolloin Venäjällä sijaitsevalla RATAN-600 -radioteleskoopilla havaittiin tähdestä tullut hyvin lyhyt radiosignaali 2,7 cm:n aallonpituudella. Heikko signaali kesti vain kaksi sekuntia, ja koska vain yksi radioteleskooppi havaitsi sen, eikä tähdestä ole havaittu 39 muulla havaintokerralla mitään, ei havaintoa pidetty kiinnostavana.

Ongelmallista on myös se, että vaikka RATAN-600 on suuri radioteleskooppi (suurin, kun juuri valmistuvaa kiinalaisteleskooppia ei lueta vielä mukaan), se ei kykene kuitenkaan määrittämään havaintosuuntaansa kovin tarkasti. Lisäksi sen havaitsema alue taivaalla ei ole pistemäinen, tai edes ympyrä, vaan pohjois-etelä -suunnassa oleva soikio, jonka koko on 20 kaarisekuntia x kaksi kaariminuuttia.

Aika laaja alue siis.

Toiseksi laite havaitsee radiosäteilyä hyvin laajalla aallonpituusalueella, lähes miljardi kertaa laajemmalla kuin yleensä maanulkoisia signaaleita etsitään. Se tekee havainnoista varsin epätarkkoja.

Lisäksi vielä signaali oli taajuudella, jota sotilaat käyttävät. Kenties kyseessä olikin jokin sotilassatelliitin signaali, mistä SETI-tutkijat eivät vain ole tietoisia.

RATAN-600 sijaitsee Kaukasusvuorilla.

Proxima b kiertoaika emotähden ympäri on tarkalleen 11 vuorokautta 4 tuntia ja 28 minuuttia. Parin minuutin tarkkuudella.

Planeetan keskietäisyys tähdestä on noin seitsemän miljoonaa kilometriä (0,05 AU), eli vain kahdeksasosa Merkurius-Aurinko -välimatkasta. Radan yksityiskohtia ei kuitenkaan vielä tiedetä. Se voi olla joko maankaltaisella lähes täysin pyöreällä tai sitten voimakkaan elliptisellä radalla. Suurimmillaan etäisyys tähteen saattaa vaihdella jopa 4,7 ja 9,8 miljoonan kilometrin välillä.

Planeetta sijaitsee kauniisti himmeän Proxima-tähden elämänvyöhykkeellä. Tämä tarkoittaa, että Proxima b:n pinnalla voi hyvinkin olla vettä.

Planeetan laskennalliseksi lämpötilaksi saadaan vain -42 astetta, mikä on hieman suurempi kuin Marsilla. Todellisuudessa monet asiat, kuten tarkka kiertorata ja pyörimistahti voivat nostaa käytännön olosuhteita miellyttävämmiksi. Proxima b:n suuri kokokin auttaa asiaa: se voi hyvin omata mittavan kaasukehän, ja planeetan sisäinen aktiivisuus voi tuoda lisälämpöä. Vertailun vuoksi Maalla laskennallinen lämpötila on vain nollan tienoilla, mutta kasvihuoneilmiön vuoksi keskilämpötila on 15 astetta plussalla.

Planeetan laskennallinen lämpötila tarkoittaa käytännössä mustan kappaleen tasapainolämpötilaa kyseisellä etäisyydellä tähdestä.

Kuinka planeetta löydettiin?

Proxima b:tä ei itseään ole vielä nähty, vaan se löydettiin emotähden liikkeiden ansiosta. Kun tähti vaappuu kappaleiden yhteisen massakeskipisteen ympäri, sen valon spektriviivat siirtyvät välillä punaiseen ja välillä siniseen suuntaan. Siirtymää tutkimalla saadaan selville tähden radiaali- eli säteisnopeus, eli vaappuminen katseen suunnassa. Proxima b:n pienen koon vuoksi liike on hyvin pientä, ja siksi havaitseminen vaati paljon työtä.

Kannattaa pitää mielessä, että havainto on vasta planeetan varma löytö. Pallukan ominaisuuksista ei tiedetä juuri mitään muuta kuin etäisyys ja massa-arvio. Loppu on valistunutta arvailua.

Tulevissa tutkimuksissa Proxima b yritetään varmasti saada näkyviin paremmin. Tähden tarkan paikan seuraaminen taivaalla lienee yksi tehtävä: sen kun saisi selville, olisi planeetan radan toinenkin komponentti selvillä. Jossain vaiheessa planeetta voidaan saada kuvattua, ja ehkä sen kaasukehänkin aineet selville. Ja ehkä, jonain päivänä, sinne lähetetään avaruusluotainkin. Matka tosin kestänee vähintään vuosikymmeniä.

Aineistosta löytyi myös toinen, noin 200 vuorokauden jakso. Tutkijat eivät osaa vielä selittää sitä, mutta tähteä voi hyvin kiertää toinenkin planeetta. Selvyyden saamiseksi täytyy tähden liikettä seurata pidempään. Proxima b:n rataan kauempana kiertävä planeetta ei kuitenkaan vaikuttaisi.

Proxima b:n voidaan odottaa saavan uuden nimen lähivuosina. Nimistövalinnoista vastaava taho IAU (Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni) on viime aikoina järjestänyt yleisöäänestyksiä, jotta tuhannet jo varmistetut eksoplaneetat saisivat "kunnollisia" ja helppoja nimiä. Näin käynee ennen pitkää myös Proximan planeetalle. Kävisikö nimeksi ehkäpä vaikkapa Pandora?

Muut jutut aihepiiristä: • (1) Huhu Proxima b:stä? • (2) Tähti Proxima Centauri • (3) Proximan planeetta varmistettu • (4) Infografiikka • (5) Lähimmät tähdet • 

Juttu perustuu ESOn tiedottustilaisuudessa annettuihin tietoihin sekä ESOn ja Max Planck Instituutin tiedotteisiin.

Otsikkokuva: Ricardo Ramirez & James Jenkins (Department of Astronomy, Universidad de Chile)
Diagrammit: Anglada-Escudé et al. (University of London / Max Planck-Institut für Astronomi)
Maisemakuva: Jarmo Korteniemi /  Flickr (Liz Lawley / Sean MacEntee 

Alfa Centauri ympäristöineen ESOn koostekuvassa.

HARPS on aivan erinomaisen herkkä ja tehokas havaintolaite. Sen nimi tulee sanoista High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, ja se käyttää hyväkseen periaatteessa doppler-ilmiötä. Kun tähti ja/tai sitä kiertävä kappale tulevat lähemmäksi meitä tai etääntyvät meistä, sen pystyy huomaamaan valon taajuuksien pienenä siirtymänä. Siis samaan tapaan kuin ohi menevän junan pillin ääni muuttuu korkeammasta matalammaksi. 

Kun näitä valon taajuusvaihteluita tutkitaan tarkasti, saadaan selville se, miten havaintokohteet liikkuvat, ja tästä voidaan päätellä puolestaan esimerkiksi se, miten tähteä kiertävä planeetta muuttaa tähden rataa. Ja näin eksoplaneetta paljastuu, vaikka sitä ei nähtäisikään suoraan. 

Mitä monimutkaisempi systeemi on, eli mitä enemmän siinä on tähtiä tai planeettoja, sitä hankalampaa tämän pyörimisen selvittäminen on, mutta nykytietokoneilla erilaisten mahdollisuuksien laskeminen onnistuu kohtalaisen kätevästi. Ja mitä kauempana Maasta kohde on, sitä vaikeampaa taajuusmuutosten löytäminen on – tosin Proxima Centaurin tapaus on helpoin mahdollinen tässä suhteessa, sillä se on meitä lähin tähti (kun omaa Aurinkoamme ei lasketa mukaan). Etäisyyttä sinne on "vain" 4,25 valovuotta.

Tiedetuubi seuraa luonnollisesti huomista tilaisuutta ja kertoo siitä saman tien.

(Juttuun on alkuperäisen julkaisun jälkeen lisätty tietoja ja kuva Alfa Centaurista.)