kaksoistähdet

Tässä tapauksessa "tiivis" tarkoittaa, että kaksi tähteä kiertää toisiaan hyvin lähekkäin. Ne ovat lyhytjaksoisia eli niiden kiertoaika on vain vuorokausien luokkaa.

Vaikka eksoplaneettoja on löydetty jo melkein 4 000 ja niitä etsittäessä on katsastettu tuhansia tiiviitä kaksoistähtijärjestelmiä, vain harvoja eksoplaneettoja on bongattu kaksoistähtiä kiertäviltä radoilta.

Tässä tapauksessa tutkimuksen kohteena olivat erityisesti pimennysmuuttujina tunnetut kaksoistähdet, joiden kiertoratojen taso on suuntautunut kohti Maata. Silloin tähdet näyttävät vuorotellen peittävän toisensa, jolloin kokonaiskirkkaus pienenee hetkeksi.

David Flemingin johtamassa tutkimuksessa selvitettiin, millaisia vaikutuksia lähekkäin kiertävien tähtien gravitaatiolla on paitsi toisiinsa, myös järjestelmän muihin mahdollisiin jäseniin – siis planeettoihin.

"Tietokonesimulaatioiden perusteella vuorovesivoimat siirtävät tähtien pyörimisliikkeen impulssimomenttia eli pyörimismäärää niiden kiertoliikkeeseen. Silloin tähtien pyöriminen hidastuu ja kiertoaika toistensa ympäri pitenee", Fleming selittää.

Samalla kiertoratojen muoto muuttuu soikeasta ympyriäiseksi. Pitkän ajan kuluessa tähtien pyörimisliike lukkiutuu siten, että ne kääntävät aina saman puolen toisiaan kohti – täsmälleen samoin kuin esimerkiksi Pluto ja sen suurin kuu Kharon.

Joissakin kaksoistähtijärjestelmissä on kirkas ja kuuma Wolf-Rayet-tähti ja kymmeniä kertoja Aurinkoa massiivisempi OB-spektriluokan tähti, joilla kummallakin on puhurina puhaltava tähtituuli. Kun hiukkasvirrat törmäävät, voi tuloksena olla hyvin voimakasta gammasäteilyä.

Aiemmin ainoa esimerkki tällaisesta järjestelmästä oli Eta Carinae, jossa tähtien massat ovat 120 ja 30–80 kertaa Auringon massaa suurempia. Kohde näkyi erityisen kirkkaana – itse asiassa taivaan kirkkaimpana tähtenä – 1800-luvun alkupuolella, kun toisessa tähdessä tapahtui vuonna 1834 voimakas purkaus.

Eta Carinaen etäisyys on noin 8 000 valovuotta, mutta jos se olisi vaikkapa 30 valovuoden etäisyydellä, sen loiste olisi samaa luokkaa kuin täysikuun. Seitsemän vuotta sitten onnistuttiin havaitsemaan energistä gammasäteilyä, joka on peräisin tästä kaksoistähtijärjestelmästä.

Yksittäinen havainto ei kuitenkaan riitä varmistukseksi teorialle, mutta muita vastaavia kohteita ei tuntunut löytyvän. Nyt sellainen vihdoin saatiin haaviin.

"Viimeaikaiset laskelmat osoittavat, että Eta Carinaen tyyppiset tähdet ovat äärimmäisen harvinaisia – niitä on luokkaa yksi galaksia kohti", Maxim Pshirkov.

Vuonna 2013 amerikkalais-itävaltalainen tutkijaryhmä nimesi seitsemän Wolf-Rayet-kaksoistähtijärjestelmää, joista voisi tulla gammasäteilyä. Pshirkov otti avuksi havaintoaineiston, jota oli kerätty Fermi-avaruusteleskoopilla seitsemän vuoden ajan… Bingo! Gamma Velorum osoittautui gammasäteilyn lähteeksi. 

Tähden nimi ei liity sen lähettämään säteilyyn vaan kertoo sen kuuluvan Purjeen tähdistön (Vela). Se on kuvion kirkkain tähti, vaikka yleensä kunkin tähdistön tähdet nimetään kirkkausjärjestyksessä kreikkalaisilla kirjaimilla alfasta alkaen. 

Gamma Velorum muodostuu 10 ja 30 kertaa Aurinkoa massiivisemmista tähdistä. Niiden välinen etäisyys on suunnilleen sama kuin Maan etäisyys Auringosta eli kyseessä on hyvin lähekkäinen kaksoistähti. Sen kirkkaus on noin 200 000 kertaa suurempi kuin Auringon ja sillä on etäisyyttä runsaat tuhat valovuotta.

Kummastakin tähdestä puhaltaa voimakas tähtituuli ja kun tuulet törmäävät yli 1 000 kilometrin sekuntinopeudella, hiukkaset saavat energiaa niin paljon, että vapautuva säteily on gamma-alueella. Säteilyn tarkkaa syntymekanismia ei kuitenkaan vielä tunneta. 

"Tällaisten lähteiden etsintä Linnunradan tason suunnassa on selvästi haastavampaa, koska galaksimme on itsekin voimakas gammasäteilyn lähde. Silloin törmäävistä tähtituulista tulevan vähäisen 'ylimääräisen' säteilyn havaitseminen on paljon vaikeampaa", Pshirkov sanoo.

"Gamma Velorum on kuitenkin tason yläpuolella ja melko lähellä meitä. Sitä tuskin olisi löytynyt, jos se olisi kauempana tai lähempänä Linnunradan tasoa."

Tutkimuksesta kerrottiin EurekAlert!-tiedeuutissivustolla ja se on julkaistu Royal Astronomical Societyn Monthly Notices Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/C. Reed

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

Tähdet ovat erivärisiä ja tarkkaan katsoen sen huomaa jo paljain silmin. Tähden väri kertoo sen lämpötilan, mutta toisin kuin vesihanasta tuttu värikoodi: kylmimmät tähdet ovat punaisia ja kuumimmat sinisiä.

Todellisuudessa kaikki tähdet säteilevät kaikkia spektrin värejä, mutta tähden pinnan lämpötila määrää, millä aallonpituuksilla se säteilee voimakkaimmin. Siksi tähden väri riippuu sen lämpötilasta.

Syvänpunaisten tähtien pinnalla lämpötila kipuaa hädin tuskin 2 000 celsiusasteeseen. Punaiset tähdet ovat joko hyvin pieniä kääpiötähtiä tai valtavan suuria, kymmenien tai satojen miljoonien kilometrien läpimittaisia jättiläistähtiä. Niiden sisuksissa ydinreaktiot ovat hiipuneet ja ulko-osat ovat laajentuneet harvaksi kaasukerrokseksi.

Punainen jättiläistähti löytyy esimerkiksi Orionin tähdistöstä. Betelgeuze on elinkaarensa loppuvaiheissa oleva tähti, joka voi räjähtää supernovana milloin tahansa. Betelgeuze on läpimitaltaan satoja kertoja Aurinkoa suurempi: jos se olisi Aurinkokunnan keskustähti, sen viileä pinta olisi Marsin radan tuolla puolen.

Oranssi väri kertoo hieman kuumemmista oloista, noin 4 000 asteen pintalämpötilasta. Myös oransseja tähtiä löytyy kokoskaalan kummastakin päästä, sekä paljon Aurinkoa pienemmistä kääpiötähdistä että paljon Aurinkoa suuremmista jättiläisistä.

Oranssia tähteä voi katsella esimerkiksi Härän tähdistössä. Sen kirkkain tähti Aldebaran on läpimitaltaan ”vain” nelisenkymmentä kertaa Aurinkoa suurempi jättiläistähti.

Keltaiset tähdet, joiden pintalämpötila on noin 6 000 astetta, ovat tutuimpia, sillä Aurinko on yksi niistä. Ajomiehen kirkkain tähti Capella on puolestaan kahden kaksoistähden muodostama järjestelmä. Kirkkaampi kaksoistähdistä muodostuu kahdesta keltaisesta jättiläistähdestä, jotka ovat kooltaan noin kymmenen kertaa Aurinkoa suurempia.

Aurinkoa kuumempien, noin 7 500-asteisten tähtien väri on kellanvalkoinen tai vaaleankeltainen. Ne ovat kooltaan usein samaa luokkaa kuin Aurinko, mutta matkalla kohti jättiläisvaihetta. Vaaleankeltainen tähti on esimerkiksi Pienen koiran Procyon. Se on noin kaksi kertaa Aurinko suurempi, mutta useita kertoja kirkkaampi.

Tähdet, joiden pintalämpötila on noin 10 000 astetta, ovat valkoisia. Huomattava osa paljain silmin näkyvistä tähdistä kuuluu tähän ryhmään. Syynä on niiden kirkkaus: kirkkaat, valkohehkuiset tähdet näkyvät kauempaa avaruudesta kuin himmeät, punaiset kääpiötähdet, jotka ovat Auringon lähiympäristön tyypillisimpiä tähtiä.

Koko taivaan kirkkain tähti, Sirius, on väriltään valkoinen. Se ei ole poikkeuksellisen kirkas, ainoastaan noin 25 kertaa Aurinkoa kirkkaampi, mutta se on viidenneksi lähin tähti ja loistaa siksi kirkkaasti öisellä talvitaivaalla.

Vielä kuumemmat tähdet hehkuvat sinertävänvalkoista valoa. Niiden pintalämpötila on peräti 20 000 astetta. Esimerkiksi Orionin tähdistön Rigel on superjättiläinen, jonka kirkkaus on noin 40 000 kertaa suurempi kuin Auringon.

Toisaalta sinertävänvalkoisia, voimakkaasti säteileviä tähtiä on myös nuorissa, vain kymmenien tai satojen miljoonien vuosien ikäisissä tähtijoukoissa. Esimerkiksi Härän tähdistössä sijaitsevassa Plejadien tähtijoukossa on sinertävänvalkoisia tähtiä.

Kaikkein kuumimmat tähdet on väriltään sinisiä. Ne ovat niin ikään superjättiläisiä, jotka voivat säteillä miljoona kertaa voimakkaammin kuin Aurinko. Korkean lämpötilan takia suuri osa säteilystä on silmille näkymätöntä ultraviolettisäteilyä. Orionin tähdistössä on useita jättiläistähtiä ja siitä löytyy myös sinisenä loistava tähti: Alnitak on Orionin ”vyön” vasemmanpuoleinen tähti.