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)

GJ 3470 on punainen kääpiötähti, jolla on Neptunuksen kokoinen eksoplaneetta GJ 3470b. Se kiertää tähteään vain hieman yli viiden miljoonan kilometrin etäisyydellä, joten planeetan kiertoaika eli "vuosi" on runsaat kolme vuorokautta, noin 80 tuntia.

Planeetta on nelisen kertaa Maata suurempi, joten se on selvästi pienempi kuin "kuumat jupiterit", jollaisia suuri osa toistaiseksi tunnetuista eksoplaneetoista on. 

GJ 3470b löytyi jo vuonna 2012, mutta nyt siitä on tehty havaintoja, joiden perusteella taivas olisi planeetan pinnalta katsottuna sininen – mikäli planeetalla on kiinteä pinta. Tähtitieteilijät ovat pystyneet selvittämään, että planeetan kaasukehä sirottaa voimakkaasti sinistä valoa samaan tapaan kuin Maan ilmakehä. 

Kun eksoplaneetta kulkee Maasta katsottuna tähtensä editse, osa tähden valosta kulkee planeetan kaasukehän läpi. Näin saadaan spektroskopian keinoin määritettyä kaasukehän koostumus, mutta se ei ole helppoa. Usein eksoplaneettojen kaasukehissä on pilviä, jotka haittaavat tarkkojen havaintojen tekoa. 

GJ 3470b:tä tarkkailtiin LCOGT-verkoston (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network) kaukoputkilla Havaijilla, Yhdysvalloissa, Chilessä, Australiassa ja Etelä-Afrikassa. Jo aiemmin oli saatu viitteitä, että sen kaasukehässä tapahtuu niin sanottua Rayleigh-sirontaa, jota aiheuttavat pienet hiukkaset. Nyt asialle saatiin varmistus.

GJ 3470b on pienin eksoplaneetta, jonka kaasukehässä on onnistuttu havaitsemaan tällaista sirontaa. Planeetan arvellaan olevan pilvien tai udun peitossa, mutta havaintojen perusteella pilvikerroksen alla on tiheä vetykaasukehä, joka sirottaa sinistä valoa. Siellä taivas on siis sininen kuten meilläkin.

"Havainnon ansiosta olemme lähempänä sitä, että voimme ymmärtää yhä pienempien eksoplaneettojen kaasukehien ominaisuuksia. Uudella menetelmällä pystymme tutkimaan niitä vaikka kaasukehässä olisi pilviä", toteaa tutkimusryhmää johtanut Diana Dragomir.

Tutkimuksesta kerrottiin Las Cumbresin observatorion uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NAOJ

Nopealla silmäyksellä tähti KIC 8462852 on normaali keltavalkoinen F3-luokan kääpiötähti. Se on jonkin verran Aurinkoa suurempi ja kirkkaampi, pyörähtää akselinsa ympäri kerran hieman alle vuorokaudessa, ja liikkuu varsin hitaasti meistä poispäin. Tähti sijaitsee liian kaukana näkyäkseen paljain silmin. Hyvällä teleskoopilla sen voi kuitenkin erottaa Joutsenen tähdistössä.

Neljän vuoden seurannassa se on kuitenkin osoittautunut yhdeksi oudoimmista tunnetuista tähdistä. Ehkä kaikkein oudoimmaksi.

KIC 8462852 on epäsäännöllisesti muuttuva tähti. Tähden kirkkaus, eli siitä meille tuleva säteilyvuo, pienenee aika ajoin. Sekä muutoksen voimakkuus että kesto vaihtelevat: Tähden säteily on pitkään tasaista, kunnes äkillisesti pienenee jopa viidenneksellä. Himmeneminen on tähän mennessä kestänyt pisimmillään 80, lyhimmillään 5 vuorokautta. Sitten kirkkaus palaa ennalleen, kuin mitään ei olisi tapahtunut.

Toisin kuin muilla muuttuvilla tähdillä, KIC 8462852:n valokäyrän muutokset ovat outoja. Ne eivät selity tähden toiminnalla, eivätkä ne ole kiertävien planeettojenkaan aiheuttamia näennäisefektejä.

Tutkimuksessa mukana ollut Turun yliopiston tutkija Heidi Korhonen ihmettelee havaintoja yhä:

”Löytö on todella mielenkiintoinen. Emme ole koskaan ennen nähneet vastaavanlaisia himmenemisiä tähdissä. Ne ovat todellakn jotain epätavallista ja mysteeristä. Mietimme useita selitysvaihtoehtoja, ja tarkistimme myös tarkasti, ettei kyse ollut instrumenttivirheistä. Emme keksineet mitään keinoa, jolla itse tähti voisi tehdä ja aiheuttaa himmenemiset. Oma osuuteni keskittyi juuri tähden tarkempaan tutkimiseen. Ainoana jäljelle jäävänä selityksenä ovat mahdolliset tähden ympärillä olevat tekijät.”

Juuri tuo tekee tähdestä oudon. Aika ajoin jotain tulee juuri KIC 8462852:n ja meidän väliimme. Jokin peittää ajoittain merkittävän osan tähden kirkkaudesta. Tai oikeastaan näyttää siltä, että kyse on monista pienemmistä joistain, joiden yhteinen muoto lisäksi muuttuu.

Laskelmien mukaan varjostava materia lienee alle 25 astronomisen yksikön (AU) päässä tähdestä. Täkäläisittäin se vastaisi aluetta jossain Neptunuksen radan sisäpuolella.

Tähti aiheuttaa mediahepulin

Pian tiedejulkaisun käsikirjoituksen julkaisun jälkeen The Atlantic teki uutisen aiheesta. Siinä haastateltiin SETI-tutkija Jason Wrightiä, joka kommentoi löytöä ulkopuolisena asiantuntijana: ”tämä näyttää joltain, mitä vieraan sivilisaation voisi olettaa rakentavan”. Hän visioi, että kyse voisi olla jonkinlaisesta Dysonin pallon (tai -kehän tai -parven) tyylisestä valtavasta rakennelmasta. Sellainen olisi todiste maanulkoisen elämän jättiprojektista, jolla valjastetaan tähden energiaa erittäin tehokkaasti käyttöön.

Villin spekulaation siivittämä uutinen sai oitis paljon palstatilaa. Juttua lainasivat pian ainakin Al Jazeera, The Express, FOX News, The Independent parissakin artikkelissa, sekä ties mitkä muut mediat. Kaikki otsikoivat juttunsa toinen toistaan villimmin. Suomeksi uutista ovat levittäneet ainakin Tekniikka ja Talous, Kauppalehti, MTV, Iltalehti ja Voice.

Lausuntoja on kuitenkin paisuteltu suuresti. Alusta lähtien.

Wright pahoittelee aikaansaamaansa mediasotkua blogissaan: ”Olen hieman nolostunut kaikesta siitä vähemmän vastuullisesta uutisoinnista, joka liioittelee näitä todisteita. Etenkin siksi, ettei meillä ollut mitään valmiina näytettäväksi kollegoillemme, jotta he voisivat antaa medialle omia valistuneita näkemyksiään aiheesta.” Hän julkaisi oman artikkelinsa vasta tänään (16.10.), ja siinä KIC 8462852 on vain pienessä sivuosassa. Tähti on yksi esimerkki monista mahdollisuuksista, miltä keinotekoinen ”megarakennelma” voisi ensi silmäyksellä meiltä katsottuna näyttää. Wright myös toteaa, että varmistukseen tarvittaisiin havainto keinotekoisesta signaalista. Sellaista ei ole.

Wright myös tarkentaa Business Insiderille, että ”pistäisin sen todennäköisyyden, että kyse on maanulkoisesta elämästä, hyvin pieneksi.”

”Homma on päässyt vähän käsistä”, Wrightin kollega Kimberly Cartier jatkaa mediakohusta. Hän painottaa, että ”selvennyksen vuoksi sanottakoon, ettemme minä tai Jason yritä todistaa, että kyse on alienien jättirakennelmasta – muttemme myöskään pysty sulkemaan sitäkään mahdollisuutta täysin pois”.

Kyse siis on siitä, että tutkijat pitävät mielensä avoimina moniselitteisten aineistojen edessä. Villitkin ideat pidetään elossa testausta varten. Kun kaikkia vaihtoehtoja mietitään, päästään varmempaan lopputulokseen. Riittämätön ja epäselvä data ei kuitenkaan todista ufohenkilöiden tai avaruuden jättiarmadan olemassaolosta – vaikka media kuinka haluaisi mässäillä ajatuksella

Kummankin jutun vertaisarviointi on lisäksi vielä kesken. Tutkijat joutunevatkin vielä viilaamaan argumenttejaan ennen kuin tiedeyhteisö ottaa heidän tulkintansa täysin vakavasti.

Iso osa tunnetuista eksoplaneetoista kiertää tähteään melko lähellä, jolloin niihin kohdistuu voimakas säteilyvuo ja hiukkasvirta. Olosuhteet ovat tappavan karut elämän synnyn, kehittymisen ja säilymisen kannalta.

Uuden tutkimuksen mukaan pieniä tähtiä kiertävillä maankaltaisilla planeetoilla on kuitenkin magneettikenttä, joka muodostaa suojan avaruuden pommitusta vastaan – samaan tapaan kuin Maalla.

Sen lisäksi, että magneettikenttä suojelee mahdollista elämää, se varmistaa olosuhteiden säilymisen suotuisina. Ilman magneettikenttää tähdestä puhaltava hiukkastuuli raastaisi kaasukehän avaruuteen. Ja vailla kaasukehää planeetta olisi väistämättä kuollut kiertolainen.

Pienimassaiset tähdet ovat maailmankaikkeudessa hyvin yleisiä. Niitä kiertäviä planeettoja on helpompi löytää ja tutkia, koska kulkiessaan tähtensä editse planeetta peittää siitä suuremman osan taakseen – edellyttäen, että se sattuu kulkemaan Maasta katsottuna tähtensä editse. 

Pienet tähdet ovat kuitenkin myös himmeitä, joten niitä ympäröivä elinkelpoinen vyöhyke, jolla kiertävän planeetan pinnalla voi esiintyä nestemäistä vettä, on melko lähellä. 

Silloin mahdolliseen planeettaan kohdistuu voimakas vetovoima, joka voi aiheuttaa pyörimisliikkeen lukkiutumisen: planeetta kääntää aina saman puolen kohti tähteä kuten Kuu kääntää aina saman puolen kohti Maata.

Vetovoima aiheuttaa myös vuorovesivoimia, jotka saavat planeetan sisuksen lämpenemään. Planeetan eri osiin kohdistuva vetovoima vaihtelee hieman, jolloin sen muoto muuttuu kaiken aikaa ja aineen sisäinen kitka vapauttaa lämpöä.

Peter Driscollin johtama tutkijaryhmä kävi selvittämään, miten vuorovesivoimat vaikuttavat planeetan magneettikenttään. Simulaatiossa tarkasteltiin planeettoja, joiden kiertämien tähtien massa vaihteli Auringon massasta kymmenesosaan siitä. 

Aikaisemmin vallitseva käsitys on ollut, että pyörimisliikkeeltään lukkiutuneella planeetalla ei todennäköisesti voi olla suojaavaa magneettikenttää. Näyttää siltä, että olettamus on väärä.

Sen sijaan, että vuorovesivoimat estäisivät magneettikentän muodostumisen, ne ilmeisesti edistävät sen syntyä. Samalla ne parantavat mahdollisuuksia elämän esiintymiselle. 

Syynä on se, että vuorovesivoimien ansiosta planeetan vaippakerros luovuttaa tehokkaammin lämpöä, jolloin ydin jäähtyy. Ja vaikka se tuntuu nurinkuriselta – ainakin osittain sula ydin on magneettikentän perusedellytys – jäähtyminen edesauttaa kentän syntyä.

Tietokonesimulaatioiden perusteella lukkiutuneille planeetoille syntyvä magneettikenttä on myös pysyvä: se säilyy koko planeetan elinajan, joka on miljardeja vuosia. 

"Oli jännittävää nähdä, että vuorovesivoimien aiheuttama kuumentuminen voi itse asiassa pelastaa planeetan, sillä se jäähdyttää ydintä", kertoo tutkimukseen osallistunut Rory Barnes.

Pienet ja vähämassaiset tähdet ovat aktiivisia erityisesti kehityksensä alkuvaiheissa eli olemassaolonsa ensimmäisten vuosimiljardien aikana, joten "magneettikenttiä saattaa esiintyä juuri silloin, kun elämä kaipaa niitä kipeimmin".

Simulaatiot osoittivat myös, että vuorovesivoimien aiheuttama kuumentuminen on voimakkaimmillaan, jos planeetta kiertää elinkelpoisella vyöhykkeellä hyvin pientä tähteä, massaltaan alle puolet Auringosta.

Jos planeetta on alunperin soikealla radalla, vuorovesivoimien ansiosta rata muuttuu ankarimman kuumennuksen aikana yhä pyöreämmäksi. Kun rata on pyöreä eli planeetan etäisyys tähdestään pysyy koko ajan samana, kuumentumista ei enää esiinny.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Astrobiology-tiedelehdessä.

Kuva: Danielle Futselaar/SETI Institute

Vuonna 2008 Maalarin tähdistön toiseksi kirkkaimmalta tähdeltä löytyi planeetta. β Pic b on jättiläisplaneetta, jolla on massaa 10–12 kertaa Jupiterin verran ja sen etäisyys tähdestään on suunnilleen sama kuin Saturnuksen etäisyys Auringosta. 

63 valovuoden päässä sijaitsevaa β Pictoris -tähteä kiertää planeetan lisäksi komeettoja, kaasupilviä ja valtaisa ainekiekko, joka ulottuisi Aurinkokunnassa Neptunuksen tienoilta etäisyydelle, joka on yli 2 000 kertaa Auringon ja Maan välimatka.

β Pic b -planeettaa on kuvattu Chilessä sijaitsevalla 8,1-metrisellä Gemini-teleskoopilla ja siihen liitetyllä huippuherkällä GPI-kameralla (Gemini Planet Imager). β Pictoris -tähti on kuvan vasemmassa laidassa näkyvän peitelevyn takana, jotta himmeä planeetta ei huku sen loisteeseen. Maa on jokseenkin planeetan ratatason suunnassa.

Suomalaisella mytologialla on mahdollisuus tulla ikuistetuksi tähtitaivaalle. Yleisön annetaan äänestää yhteensä kahdenkymmenen eksoplaneettakunnan nimet. Järjestäjänä on Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni IAU. Nimistä tulee siis täysin virallisia.

Mukana on kolme suomalaisvaihtoehtoa: Yksi mytologiaan perustuva nimistö 55 Cancri -järjestelmälle sekä kaksi vaihtoehtoa 47 Ursae Majoris -tähdelle kiertolaisineen. Tähdet sijaitsevat 40–46 valovuoden etäisyydellä meistä, ja erittäin hyvällä tuurilla toisen tai kummankin kiertolaisilla voi esiintyä elämää.

Muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja tunnetaan varmuudella jo melkein 2 000 ja varmistamattomia havaintoja on yli 3 500. Suurin osa planeetoista on löytynyt niiden kulkiessa tähtensä editse ja himmentäessä aavistuksen verran tähden valoa. Tähän perustuu esimerkiksi Kepler-avaruusteleskoopin toiminta.

Eksoplaneettojen ominaisuuksien selvittäminen onkin paljon hankalampaa. Nyt on kuitenkin onnistuttu ensimmäisen kerran määrittämään Maata pienemmälle eksolle sekä koko että massa. Kepler-138b-planeetan läpimitta on uusien tulosten mukaan jokseenkin sama kuin Marsin ja massa hieman sitä pienempi.  

Kepler-138 on punainen kääpiötähti, jonka etäisyys Aurinkokunnasta on noin 200 valovuotta. Siltä on löydetty kolme planeettaa, jotka kaikki näyttävät Maasta katsottuna kulkevan aika ajoin tähden editse. Mittaamalla tähden valon himmeneminen tällaisen ylikulun aikana saadaan selville planeettojen koot.

Niiden punnitseminen onnistuu niin ikään ylikulkuja tarkkailemalla. Planeetat vaikuttavat vetovoimillaan toistensa liikkeisiin, joten ylikulkujen säännönmukaisuudessa on pieniä heittoja. Kepler-avaruusteleskoopin havainnoista saatiin ajoitettua ylikulut niin tarkasti, että niiden perusteella pystyttiin laskemaan myös kolmannen planeetan massa.

Kolmesta planeetasta pienin eli Kepler-138b on selvästi Maata kevyempi ja pienempi. Sen massa on alle kymmenesosa Maan massasta ja läpimitta noin 6 600 kilometriä, kun Marsin läpimitta on hieman alle 6 800 kilometriä. 

Kaksi muuta planeettaa ovat läpimitaltaan noin puolitoista kertaisia Maahan verrattuna. Kepler-138d on massaltaan Maan luokkaa, Kepler-138c noin neljä kertaa massiivisempi. 

Kahden isomman planeetan läpimitat ja massat on määritetty jo aiemmin, mutta niitäkin saatiin nyt tarkennettua. Kaikki kolme planeettaa kiertävät tähteään lähempänä kuin Merkurius Aurinkoa. Ne ovat siten kuumia maailmoja, joiden pinnalla olosuhteet ovat liian ankarat elämälle.

Eksoplaneettatutkimuksesta kerrottiin Pennsylvania State Universityn ja NASAn uutissivuilla, ja se julkaistaan tänään Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA