ainekiekko

SDSS J1228+1040 on valkoinen kääpiö, suunnilleen Auringon massaisen tähden jäänne, joka on pirstonut sitä kiertävän asteroidin. Christopher Manserin johtama Warwickin yliopiston tutkijaryhmä on tutkinut sen jäänteistä muodostunutta rengasta, joka ympäröi valkoista kääpiötä.

Etupäässä Euroopan eteläisen observatorion ESO:n VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) tehtiin järjestelmästä havaintoja 12 vuoden ajan, mikä tarjosi mahdollisuuden määrittää sen ominaisuudet huipputarkkuudella.

"Käsitellyn datan perusteella muodostunut kuva kertoo, että tällaiset systeemit ovat todellakin kiekkomaisia. Samalla se paljastaa monia rakenteita, joita olisi mahdoton erottaa yksittäisistä havainnoista," kertoo Manser.

Tutkimuksessa käytettiin niin sanottua Doppler-tomografiaa, joka muistuttaa lääketieteessä käytettyä kerros- tai viipalekuvausta. Sen avulla saatiin kartoitettua yksityiskohtaisesti kuollutta tähteä kiertävän ainekiekon rakenne. 

Kun Auringon kokoluokkaa oleva tähti alkaa olla elinkaarensa lopussa, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja puhaltaa sitten ulkokerroksensa avaruuteen hitaasti laajenevaksi planetaariseksi sumuksi. Tähteä kiertävien planeettojen, asteroidien ja muiden kappaleiden kohtalo on vielä osin epäselvä.

Yleensä valkoisten kääpiöiden ympärillä ei ole ainakaan sitä kiertävää kaasua: tällä hetkellä sellaisia tapauksia tunnetaan ainoastaan seitsemän. Nyt tutkittua valkoista kääpiötä ympäröivän aineen arvellaan olevan peräisin asteroidista, joka on joutunut liian lähelle ja hajonnut voimakkaan gravitaation aiheuttamien vuorovesivoimien seurauksena.

Siten valkoisen kääpiön kiekko olisi syntynyt samaan tapaan kuin esimerkiksi Saturnuksen renkaat, vaikka onkin paljon laajempi. Keskeinen ero on keskuskappaleen massassa: valkoinen kääpiö on läpimitaltaan vain seitsemäsosa Saturnuksesta, mutta massaltaan yli 2500-kertainen. Saturnus mahtuisi renkaineen helposti valkoisen kääpiön ja sitä ympäröivän kiekon väliin.

Valkoisen kääpiön vetovoima saa kiekon vaappumaan eikä se muutenkaan ole aivan vakaa: rengas on aavistuksen toispuoleinen eikä edes täydellisen pyöreä – vielä. Kiekon havaitut ominaisuudet saattavatkin viitata melko nuoreen ikään.

Tutkimuksesta kerrottiin ESO:n uutissivuilla ja se julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä. 

Kuva: Mark Garlick (www.markgarlick.com) and University of Warwick/ESO

Tähtitieteilijät ovat löytäneet ESOn VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) ja Hubble-avaruusteleskoopilla otetuista kuvista lähitähteä AU Microscopii ympäröivästä pölykiekosta suurella nopeudella eteneviä, aaltoja muistuttavia rakenteita.

AU Microscopii -tähti on 32 valovuoden etäisyydellä Maasta ja sillä on ikää ainoastaan 12 miljoonaa vuotta. Tähteä ympäröi laaja pölykiekko, jossa saattaa olla parhaillaan käynnissä planeettojen syntyprosessi.

Kiekosta on etsitty merkkejä tihentymistä tai taipumista, sillä ne voisivat paljastaa mahdollisten planeettojen sijainnin. Vuonna 2014 etsintöjä tehtiin VLT-teleskooppiin vastikään asennetulla SPHERE-instrumentilla, jolla saavutetaan huippuluokan kontrasti. 

"Havaintomme paljastivat jotain odottamatonta", kertoo tutkijaryhmää vetänyt Anthony Boccaletti. "SPHERE-instrumentin kuvissa näkyy selittämättömiä kiekon yksityiskohtia, jotka muistuttavat rakenteeltaan kaaria tai aaltoja. Mitään vastaavaa ei ole havaittu aiemmin.”

Kuvissa erottuu eri etäisyyksillä tähdestä viisi aaltomaista kaarta, jotka näyttävät vedenpinnan aaltoilulta. Kun ryhmä tutki Hubble-avaruusteleskoopilla vuosina 2010 ja 2011 otettuja kuvia, omituiset rakenteet näkyivät niissäkin. Lisäksi yksityiskohtien todettiin liikkuneen – vieläpä hyvin nopeasti.

"Käsittelimme uudelleen Hubblella otetut kuvat ja saimme riittävästi informaatiota, jotta saatoimme seurata outojen yksityiskohtien liikettä neljän vuoden aikana", selostaa ryhmään kuulunut Christian Thalmann. "Totesimme kaarten etääntyvän tähdestä jopa 40 000 kilometrin tuntinopeudella!”

Kauempana tähdestä olevat yksityiskohdat näyttävät liikkuvan nopeammin kuin lähempänä olevat. Ainakin kolme kaarta etääntyy niin suurella nopeudella, että ne voivat hyvinkin olla pakenemassa tähden gravitaatiokentästä. 

Suuret nopeudet tekevät mahdottomaksi, että kyse olisi tavanomaisista rakenteista, joita tähteä kiertävät planeetat voisivat saada aikaan ainekiekossa. Taustalla täytyy olla jotain muutakin, joka on saanut aaltojen vauhdin kiihtymään.

"Kaikki tähän löytöön liittyvä on ollut melkoisen yllättävää!" toteaa ryhmään kuulunut Carol Grady. "Koska mitään tällaista ei ole aiemmin havaittu tai ennustettu teoreettisesti, voimme vain arvailla, mitä oikein näemme ja miten se on syntynyt.”

Tutkijaryhmä ei pysty varmuudella sanomaan, mikä on saanut aikaan tähteä ympäröivät mystiset aallot. Yhtenä mahdollisuutena on pohdittu kahden massiivisen, asteroidia muistuttavan kappaleen törmäystä, jossa olisi vapautunut suuria määriä pölyä. Toisena vaihtoehtona on ollut esillä, että järjestelmän gravitaatiokentässä esiintyvät häiriöt olisivat synnyttäneet spiraalimaisia aaltoja.

Nämä selitykset on kuitenkin jouduttu hylkäämään. 

"Yksi outojen rakenteiden selitys kytkee ne tähden flare- eli roihupurkauksiin. AU Mic on tähti, jossa niitä esiintyy paljon – usein sen pinnalla tai pinnan läheisyydessä tapahtuu valtaisan suuri, äkillinen energiapurkaus", selittää ryhmään kuulunut Glenn Schneider. 

"Tällainen roihupurkaus on kenties aiheuttanut jollakin planeetalla – mikäli tähdellä on planeettoja – esimerkiksi aineen nopeaa karkaamista avaruuteen, jolloin se kulkeutuisi nyt kiekossa ulospäin roihupurkauksen voimasta."

Ryhmän on tarkoitus jatkaa AU Mic -järjestelmän tutkimista SPHERE-instrumentin lisäksi myös muilla havaintolaitteilla, kuten ALMA-radioteleskoopilla, jotta arvoitukselliselle ilmiölle löytyisi selitys.

Tutkimuksesta kerrottiin sekä ESOn että Hubblen uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: ESO/ESA/NASA

Alle 200 valovuoden etäisyydeltä on löydetty nuoria punaisia kääpiöitä, jotka muuttavat käsityksiä planeettakunnan syntyprosessista. Tähdillä on ikää ainoastaan 30–40 miljoonaa vuotta ja kahdella niistä on edelleen ympärillään tiheä ainekiekko, josta on mahdollisesti tiivistymässä planeettoja. 

"Muilla tämänikäisillä tähdillä ei yleensä ole enää kiekkoa. Punaisten kääpiöiden ainekiekot näyttävät pitkäikäisemmiltä kuin Auringon kaltaisilla kuumemmilla tähdillä. Emme vielä ymmärrä miksi", pohdiskelee tutkimusryhmää johtanut Simon Murphy.

Nuorten tähtien "vanhojen" kiekkojen löytyminen kyseenalaistaakin nykyiset teoriat planeettojen synnystä. "Planeettojen muotoutuminen saattaa kestää paljon pidempään kuin aiemmin arveltiin", toteaa tutkimusryhmään kuulunut Warrick Lawson.

Punaisia kääpiöitä ympäröivät kiekot paljastuivat niiden infrapunasäteilyn perusteella. Vaikka kiekkoja ei havaittu suoraan, tutkijoiden mukaan on mahdollista, että riittävän tehokkailla kaukoputkilla ne on mahdollista kuvata.