Spitzer

Lähes kahdentuhannen tunnetun eksoplaneetan joukossa on liuta "kuumia jupitereita". Ne ovat jättimäisiä kaasuplaneettoja, jotka kiertävät tähteään niin lähellä, että niiden pintalämpötila on vähintään satoja asteita.

Pieni etäisyys tähdestä tekee näistä eksoista hankalasti havaittavia, joten vain muutamaa on pystytty tutkimaan tarkemmin. Yhteistä monille maailmoille on, että niiden kaasukehässä näyttää olevan vettä paljon vähemmän kuin teoreettisten mallien perusteella voisi olettaa.

Hubble- ja Spitzer-avaruusteleskoopeilla on nyt tehty kymmenestä Jupiterin kokoluokkaa olevasta eksoplaneetasta havaintoja, jotka kertovat, mihin vesi on kadonnut: ei mihinkään.

Kaikki tutkitut eksot vaeltavat tähtensä editse, jolloin ylikulun aikana osa tähden valosta kulkee planeetan kaasukehän läpi. 

"Kaasukehä jättää ainutlaatuisen sormenjäljen tähden valoon, joka saapuu havaintolaitteisiimme", toteaa Hannah Wakeford NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksesta.

Yhdistämällä Hubblella ja Spitzerillä tehdyt havainnot tutkijat pystyivät kokoamaan kustakin planeetasta spektrin, joka ulottuu näkyvästä valosta infrapuna-alueelle. Kun eri aallonpituusalueilla mitattuja planeetan läpimitan arvoja verrattiin toisiinsa, saatiin selville, onko kaasukehä pilvinen vai pilvetön.

Pilvien peittämä planeetta näyttää optisella alueella suuremmalta kuin infrapuna-aallonpituuksilla, jotka pääsevät syvemmälle kaasukehään. Näin saatiin määritettyä pilvisen tai utuisen kaasukehän ja vähäisen veden mahdollinen yhteys.

"On todella jännittävää saada lopultakin tietoa näin laajasta planeettojen joukosta, sillä nyt meillä on riittävästi havaintoja eri aallonpituusalueilla, jotta voimme vertailla planeettojen erilaisia ominaisuuksia toisiinsa", sanoo David Sing Exeterin yliopistosta.

"Tulostemme mukaan vesi yksinkertaisesti piileskelee pilvien alla, joten kuivia ja kuumia jupitereita ei olekaan", selittää Jonathan Fortney Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista.

"Vaihtoehtoinen selitys on, että planeetat muodostuvat vähävetisissä ympäristöissä, mutta se edellyttäisi kokonaan uusia teorioita planeettojen synnystä."

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

Kuva: NASA/ESA (taiteilijan näkemys tutkituista maailmoista)

Lyyran tähdistön suunnassa noin 53 valovuoden etäisyydellä on kääpiötähti W1906+40, jonka viileässä kaasukehässä on käynnissä melkoinen myllerrys: tähden pohjoisilla napaseuduilla riehuu valtaisa pyörremyrsky.

"Tähti on Jupiterin kokoinen ja myrsky on Jupiterin Suuren punaisen pilkun kokoinen", arvioi John Gizis Delawaren yliopistosta. "Tiedämme myrskyn riehuneen vähintään kahden vuoden ajan, todennäköisesti pidempäänkin."

Tähtien kaasukehät ovat tunnetusti rauhattomia paikkoja, mutta kääpiötähdet ovat yleensä varsin vilpoisia eikä niissä esiinny yhtä voimallisia ”sääilmiöitä” kuin kuumemmissa tähdissä. 

W1906+40:n pintalämpötila on vain 2 000 celsiusastetta, joten se luokittuu vaivoin tähdeksi. Sen sisuksissa tapahtuu kuitenkin ydinreaktioita ja se säteilee, joten se kuuluu niin sanottuihin L-kääpiötähtiin sen sijaan, että olisi ruskea kääpiö eli "epäonnistunut tähti".

W1906+40 löytyi alun perin WISE-avaruusteleskoopilla (Wide-field Infrared Survey Explorer), mutta tähti sijaitsee sattumoisin taivaanalueella, johon eksoplaneettoja etsivä Kepler-avaruusteleskooppi tuijotti neljän vuoden ajan. 

Keplerin tekemien havaintojen perusteella tähden kirkkaus muuttui tavalla, joka viittasi suureen tähdenpilkkuun, vastaavanlaiseen ilmiöön kuin oman päivätähtemme auringonpilkut. Valonvaihtelussa on yhdeksän tunnin jakso, joka vastaa tähden pyörähdysaikaa.

Kun tähteä tarkkailtiin myös Spitzer-infrapunasatelliitilla, kävi ilmi, ettei kyse olekaan magneettisesta ilmiöstä vaan valtavasta, kolme kertaa Maata suuremmasta pilvipyörteestä. Tähden pintalämpötila on niin alhainen, että sen kaasukehässä muodostuu pilviä, jotka koostuvat erilaisista mineraaleista.

Aiemminkin kääpiötähtien kaasukehissä on havaittu myrskyjä, mutta ne ovat olleet paljon lyhytikäisempiä, kestoltaan vain joitakin tunteja tai korkeintaan päiviä. 

"Emme tiedä, ovatko tällaiset tähtien myrskyt harvinaisia vai yleisiä, emmekä tiedä, miksi tämä on jatkunut niin pitkään", Gizis toteaa. Jatkossa tutkijoiden onkin tarkoitus tutkia muita samankaltaisia tähtiä ja etsiä merkkejä niiden kaasukehissä mahdollisesti riehuvista pyörremyrskyistä.

Kääpiötähden myrskystä kerrottiin NASAn uutissivuilla ja tutkimus julkaistaan Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/JPL-Caltech (piirros)

Tähtitieteessä etäisyys tarkoittaa myös paluuta menneisyyteen: mitä pidempi matka, sitä kauemmas historiaan katsotaan. Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt poikkeuksellisen kirkkaan galaksin, jolla on etäisyyttä yli 13 miljardia valovuotta. Nyt havaittu säteily on siis lähtenyt matkaan, kun maailmankaikkeuden ikä oli vain viitisen prosenttia nykyisestä eli noin 670 miljoonaa vuotta.

Kymmenmetrisellä Keck I -teleskoopilla tehtyjen havaintojen mukaan EGS-zs8-1-nimellä tunnettu galaksi oli varhaisen maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja massiivisimpia kohteita.

Galaksista on tehty havaintoja aiemminkin Hubble- ja Spitzer-avaruusteleskoopeilla, mutta etäisyys saatiin määritettyä Havaijilla sijaitsevan Keck-observatorion uudella MOSFIRE-instrumentilla (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration). Sillä pystytään tekemään spektrimittauksia yhtä aikaa useista kohteista infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla.