Kepler-avaruusteleskooppi

Vaikka kyse on arviosta, joka perustuu hyvin pieneen otokseen kaikista Linnunradan tähdistä, Geoff Marcyn johtama tutkijaryhmä pitää sitä luotettavana.

Kotigalaksissamme on noin 200 miljardia tähteä, joista noin viidennes muistuttaa keskeisissä suhteissa Aurinkoa. Keplerin havaintojen perusteella noin 22 prosentilla näistä tähdistä on maankaltaisia planeettoja sopivalla etäisyydellä. 

Tästä saadaan yksinkertaisella laskutoimituksella elämän kannalta suotuisten planeettojen lukumääräksi 8,8 miljardia.

Tällaisia "elämänkeitaita" on todennäköisesti paljon enemmänkin, sillä myös muiden kuin auringonkaltaisten tähtien ympärillä voi olla olosuhteiltaan leppoisia planeettoja.

Aikaisemman tutkimuksen mukaan punaisista kääpiötähdistä, jotka ovat auringonkaltaisia tähtiä monilukuisempia, noin 15 prosentilla on sopivalla etäisyydellä kiertäviä maankaltaisia planeettoja.

Jos ne otetaan lukuun, kasvaa elämälle suotuisten planeettojen määrä Linnunradassa kymmeniin miljardeihin. Puhumattakaan siitä, että nyt pohditaan meidän tuntemamme kaltaisen elämän elinolosuhteita.

Toistaiseksi tunnemme elämää vain täällä maapallolla, joten on mahdoton arvioida, millä todennäköisyydellä näillä miljardeilla elinkelpoisilla planeetoilla todella on elämää - ja millaista se on. 

Jotain osviittaa antaa syvä hiljaisuus, joka kosmoksessa tuntuu vallitsevan. Ainakaan teknisesti pitkälle kehittyneitä, tähtienväliseen viestintään kykeneviä sivilisaatioita ei ole vilisemällä. 

Tutkimus on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -tiedelehdessä.

Kuva: IAU/L. Calçada

Kepler-teleskooppitiimi julkisti tänään 1284 uutta eksoplaneettaa. Samalla Keplerin löytämien eksojen määrä enemmän kuin tuplaantui.

Nyt vahvistettu lista perustuu heinäkuussa 2015 tehtyyn 4302 mahdollisen uuden eksoplaneetan listaukseen, joista 1284 on nyt varmistettu uusilla havainnoilla ja analyyseillä 99 %:n todennäköisyydellä todellisiksi havainnoiksi. 1327 ei läpäisyt tiukkaa seulaa, mutta voi olla, että osa niistä varmentuu myöhemmin eksoplaneetoiksi.

707 on todennäköisimmin jonkinlaisia muita ilmiöitä tai virhehavaintoja, ja loput 984 oli jo aikaisemmin varmennettu eksoplaneetoiksi, mutta jotka nyt saivat virallisen statuksen.

Näistä uusista eksoista 550 ovat mahdollisesti Maata muistuttavia kiviplaneettoja ja yhdeksän niistä on oman keskustähtensä ympärillä radalla, jolla mahdollisesti vesi voisi pysyä nestemäisenä planeetan pinnalla. Ne ovat siis mahdollisesti elinkelpoisia. Aiemmin tällaisia eksoplaneettoja tiedetään olevan 21 kappaletta.

Kaikenkaikkiaan tähtitieteilijät ovat löytäneet lähes 5000 mahdollista eksoplaneettaa, joista yli 3200 on todettu lisähavainnoin ja analyysein todellisiksi havainnoiksi; loput odottavat vielä varmistusta. Virallisista eksoplaneetoista peräti 2325 on Kepler-teleskoopin löytämiä.

Keplerin työ ei ole ollut pelkkää menestystä, sillä se on ollut muutamaan kertaan vaikeuksissa. Viimeisin tällainen tapaus oli viime kuussa, kun 8. huhtikuuta Kepler joutui niin sanottuun hätämoodiin, jolloin se lopetti havaintonsa ja jäi odottamaan lennonjohdon apua. Tällainen tilanne saattaa johtua esimerkiksi kosmisen säteen osuttua kriittiseen osaan tietokoneissa.

Teleskooppi saatiin lopulta takaisin käyttöön 22. huhtikuuta, mutta valitettavasti sitä ennen Kepler käytti huomattavan paljon polttoainetta asennonsäätöönsä, mikä lyhentää sen käyttöaikaa.

Tätä ennen Keplerillä oli vaikeuksia muun muassa vuonna 2013, kun sen asennonsäätöön käyttämä gyroskooppi rikkoontui. Lennonjohto keksi kuitenkin tavan jatkaa havaintoja ilman sitä.

Teleskooppi laukaistiin avaruuteen vuonna 2009 ja sen odotetaan toimivan ainakin tämän vuoden loppuun – ei huonommin satelliitilta, joka suunniteltiin toimimaan vain kolme ja puoli vuotta!

SDSS-kartoituksen (Sloan Digital Sky Survey) avulla on määritetty yli 70 000 tähden ikä melkein puolen galaksin eli 50 000 valovuoden läpimittaisella alueella.

"Lähellä galaksimme keskusta on vanhoja tähtiä, jotka syntyivät, kun Linnunrata oli nuori ja pieni. Kauempana siitä on nuorempia tähtiä. Voimme päätellä, että kotigalaksimme kasvoi isoksi kasvamalla ulospäin", toteaa tutkimusta johtanut Melissa Ness tähtitieteen Max Planck -instituutista.

Kartoitus tehtiin tarkastelemalla punaisia jättiläisiä, jotka ovat elämänsä ehtoopuolella. Niistä on mahdollista tehdä havaintoja hyvin suurten etäisyyksien päästä, jopa Linnunradan laitamilta saakka.

"Jos tunnemme punaisen jättiläisen massan, saamme selville sen iän tähden sisäisen fuusiokellon avulla", sanoo Marie Martig.

"Punaisten jättiläisten massan määrittäminen on ollut aiemmin hyvin hankalaa, mutta Linnunradan kartoituksessa on voitu ottaa käyttöön uusia, mullistavia menetelmiä."

SDSS-kartoitukseen liittyvä APOGEE (Apache Point Observatory Galaxy Evolution Experiment) on mahdollistanut 300 tähden huipputarkan spektrin määrittämisen samanaikaisesti. 

"Näin monen tähden havaitseminen kerralla tarkoittaa, että 70 000 punaisen jättiläisen spektrin määrittäminen onnistuu yhdellä ainoalla kaukoputkella muutamassa vuodessa", kehuu Steve Majewski APOGEE-hankkeesta.

Pelkät spektrit eivät kuitenkaan riitä, joten tutkijat käyttivät hyväkseen eksoplaneettoja etsivän Kepler-avaruusteleskoopin kirkkaushavaintoja. Näin saatiin selvitettyä yhteys tähtien spektrin ja iän välille – kymmenille tuhansille jättiläistähdille.

"Parhaiten tuntemassamme galaksissa – eli omassamme – näemme selvästi, miten kylmän pimeän aineen hallitsemassa maailmankaikkeudessa galaksit muotoutuvat", Ness arvioi.

"Koska näemme Linnunradassa niin suuren määrän yksittäisiä tähtiä, voimme kartoittaa sen kasvun ennennäkemättömällä tarkkuudella."

Kuvassa on taiteilijan näkemys Linnunradasta. Punaisilla pisteillä on merkitty tähdet, jotka ovat syntyneet Linnunradan vaatimattomassa nuoruudessa. Galaksin varttuneemmalla iällä syntyneet nuoremmat tähdet on merkitty sinisellä. Väripalkki kertoo, kuinka monta miljardia vuotta sitten eri väreillä merkityt tähdet ovat syntyneet.

Kuva: G. Stinson (MPIA)

Tähtien sota -elokuvan Tatooine-planeetalta tuttu "kaksoisauringonlasku" on todellisuutta. Tähtitieteilijät ovat löytäneet ylikulkumenetelmällä jo kymmenennen eksoplaneetan, joka kiertää kaksoistähteä.

Aiemmin planeettojen syntyä pidettiin epätodennäköisenä kaksoistähtijärjestelmissä, mutta havaintojen mukaan se on yllättävän yleistä. Tämäkin löytö tehtiin Kepler-avaruusteleskoopilla, joka on metsästänyt eksoplaneettoja vuodesta 2009 lähtien.

Planeetan pinnalta kaksoisauringonlaskua ei kuitenkaan pääse ihailemaan, sillä Kepler-453 b on Neptunusta suurempi kaasuplaneetta. Se kiertää tähtiä elämänvyöhykkeellä eli etäisyydellä, jolla lämpötila on sopiva nestemäisen veden esiintymiselle. Yksi kierros eli vuosi kestää 240 vuorokautta.

Jättiläisplaneetoilla on kuitenkin yleensä kookkaita kuita, jotka voivat tarjota tyyssijan eksoottiselle elämälle. Kuista ei kuitenkaan ole havaintoja, ei myöskään muista planeetoista samassa järjestelmässä.

Kaksoistähtiä kiertävät eksoplaneetat syntyvät todennäköisesti melko etäällä tähdistä ja vaeltavat sitten lähemmäs pysyvälle radalle. Syynä voi olla vuorovaikutus nuoria tähtiä ympäröivän ainekiekon tai muiden planeettojen kanssa.

"Uskomme, että Kepler-453 b:n tapauksessa voi kyseessä olla kumpainenkin mekanismi", arvioi Nader Haghighipour Havaijin yliopistosta.

Planeettoja voi löytää ylikulkumenetelmällä ainoastaan, jos eksoplaneetta kulkee tähtensä editse useita kertoja peräkkäin. Se puolestaan edellyttää, että tarkastelemme järjestelmää planeetan ratatason suunnasta.

Radan asento voi kuitenkin muuttua hitaasti ja Kepler-453 b löytyi vain hyvällä tuurilla. Kolmen ylikulun perusteella saatiin varmistettua sen olemassaolo ja ominaisuudet, mutta seuraavan kerran eksoplaneetta kulkee tähtiensä editse vasta vuonna 2066. 

Järjestelmän tähdet kiertävät toisensa 27 vuorokaudessa. Tähdistä isompi on auringonkaltainen, mutta hieman pienempi: sen massa on 94 prosenttia Auringon massasta. Pienemmän ja viileämmän tähden massa on vain noin viidennes Auringon massasta ja sen säteilemän energian määrä on vain sadasosa isomman tähden energiasta.

Kepler-453 on Lyyran tähdistön suunnassa ja järjestelmällä on ikää alle kaksi miljardia vuotta, joten se on paljon Aurinkokuntaa nuorempi.

Uudesta löydöstä kerrottiin Havaijin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen)

Kuva: Mark Garlick/markgarlick.com