JWST:n peilien suuntaus aloitettu

James Webb avaruusteleskoopin yksittäisten peilielementtien suuntaus on aloitettu helmikuun 2 päivänä. Suuntaus tehdään siten, että teleskooppi on suunnattu kohti kirkasta HD 84406 -tähteä, jolloin jokainen peilielementti tuottaa siitä oman kuvan. Apupeilin avulla kuvat ohjataan Near Infrared Camera (NIRCam) -instrumenttiin, joka on JWST:n pääkamera. Kamerassa yksittäisten peilielementtien tuottamat kuvat ovat eri kohdissa (koska peilielementtien suuntaukset poikkeavat toisistaan) ja kuvakentässä näkyy 18 tähden kuvaa.

Tähden HD 84406 kahdeksantoista kuvaa. Kuvaan on merkitty peilien tunnukset ja myöskin kuvat, jotka ovat tuleet sivusiivissä olevista peilielementeistä. Kuva NASA.

 
Jotta tutkijat voisivat varmistua, että JWST:n suuntaus olisi kohdallaan, NIRCam varustettiin erityisellä linssillä, joka tuotti kuvan kaikista peilielementeistä. Suuntaus osoittautui kuitenkin hyvin tarkaksi, sillä yksi peilielementeistä on kirkkaampi kuin muut. Se tarkoittaa sitä, että se peilielementti on oikeassa suunnassa kohti tähteä. Ja koska tämä peilielementti sijaitsee peilikentän sisimmällä kehällä, se osoittaa JWST suuntauksen olevan oikea. Suunniteltu suuntauksen etsintä alue oli suunnilleen täysikuun kokoinen (Ø 0,5°), mutta kohde tähti löytyi lähes välittömästi.

Peilielementtien suuntaus tehdään tähtikuvakentän perusteella. Peilielementtien takana on sähkömoottorit, jotka liikuttelevat peilit oikeaan suuntaansa ja tarvittaessa voivat myös muuttaa elementtien kaarevuutta (tarkennusta). Kaikkien peilielementtien suuntaamiseen on varattu aikaa parisen kuukautta. Säätämisen jälkeen lopputuloksessa kaikkien peilielementtien tuottamat kuvat ovat päällekkäin ja kuvakentässä näkyy vain yksi kirkas tähden kuva.

Pääpeilin lisäksi JWST:n kolme muuta havaintoinstrumenttia ei vielä ole saavuttaneet toimintalämpötilaansa. Ne jäähtyvät hiljalleen ja ensimmäisten tieteelliset havainnot näillä laitteilla tehtäneen kesäkuussa.

Kirkas peilielementti osoittaa suoraan suuntaustähteen. Kuva NASA.

The Suuri komeetta

Tutkijat ovat onnistuneet määrittämään komeetan 2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) koon. Aikaisemmin sen arvioitiin olevan suuri, mutta sen todellista kokoa ei tiedetty.

Tähän asti suurin komeetta on ollut vuonna 1995 löydetty ja seuraavana vuona nähty Hale-Bopp. Sen halkaisijaksi tutkijat laskivat peräti 74 km. Komeetta näkyi Suomenkin yötaivaalla hyvin kirkkaana keväällä 1996 ja siitä pystyi tekemään havaintoja jopa heti kaupunkien (Tampere) keskustan ulkopuolella.

Tämä Dark Energy Survey (DES) -tutkimuksen kuva komeetta Bernardinelli-Bernstein’stä on otettu 570 megapikselin Dark Energy Camera (DECam) -kameralla, joka on asennettu Víctor M. Blancon 4 metrin teleskooppiin Cerro Tololo Interissä. -American Observatory (CTIO) Chilessä. Nämä kuvat näyttävät komeetan lokakuussa 2017, jolloin se oli 25 au päässä, vain hieman Neptunuksen etäisyyttä lähempänä.

Bernardinelli-Bernsteinin komeetan (täsmälleen keskellä) arvioidaan olevan noin tuhat kertaa massiivisempi kuin tyypillinen komeetta, joten se on luultavasti suurin nykyaikana löydetty komeetta.

DECam on suunniteltu erityisesti DES:ää varten, ja DOE ja NSF toimivat vuosina 2013 – 2019. DECam on DOE:n rahoittama, ja se rakennettiin ja testattiin DOE:n Fermilabissa. DES:n tehtävänä oli kartoittaa 300 miljoonaa galaksia yötaivaan 5000 neliöasteen alueella, mutta kuuden vuoden havaintojensa aikana se havaitsi myös monia komeettoja ja trans-Neptunisia kohteita, jotka sattuvat kuvakenttään.

Dark Energy Surveyn tietojen analysointia tukevat Department of Energy (DOE) ja National Science Foundation (NSF), ja DECam-tiedearkistoa kuratoi Community Science and Data Center (CSDC) NSF:n NOIRLabissa. CTIO ja CSDC ovat NOIRLabin ohjelmia. 

Kuva Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Bernardinelli & G. Bernstein (UPenn)/DESI Legacy Imaging Surveys.

Tutkijat Pedro Bernardinelli (Washingtonin yliopisto) ja Gary Berstein (Pensylvanian yliopisto) havaitsivat komeetan Dark Energy Survey kuva-aineistosta. Kuvat oli otettu vuonna 2014, josta syystä komeetan luettelotunnukseen tuli vuosi 2014. Komeetta oli hieman liikkunut seuraavina vuosina, joten sen täytyi olla Aurinkokuntamme kohde.

Ratalaskelmat osoittivat sen olevan peräisin Oortin pilvestä ja yhteen kierrokseen kuluu aikaa 5,5 miljoona vuotta. Etäisimmillään komeetta on noin valovuoden etäisyydellä Auringosta. Tällä hetkellä komeetta on lähestymässä Aurinkokuntamme sisäosia ja se saavuttaa ratansa perihelin vuonna 2031. Perihelietäisyys Auringosta on noin hieman suurempi kuin Saturnuksen keskietäisyys. Valitettavasti suuri perihelietäisyys tekee komeetasta himmeä, se ei tule paljain silmin havaittavaksi suuresta koostaan huolimatta.

Kuinka suuri se sitten on? Tutkijat pyrkivät määrittämään komeetan koon niiden lähestyessä tai poistuessa perihelistään siinä vaiheessa, kun komeetalla ei ole komaa ja pyrstöä, jolloin saadaan mitattua sen tarkka koko suhteellisen tarkasti. Koon määrittäminen ei yleensä ole helppoa, koska tutkijat joutuvat olettamaan komeetan albedon, siis valonheijastuskyvyn. Se kuitenkin vaihtelee eri komeetoilla ja sen lisäksi useimmat komeetat ovat hyvin tummia, joten laskettu koko sisältää melkoisen suuren epätarkkuuden.

Tällä kertaa tutkijat Emmanuel Lellouch'n johdolla (Observatoire de Paris) komeetan koko arvioitiin mittaamalla komeetan mikroaaltosäteilyä, joka tulee komeetan kiinteästä osasta, ytimestä. Havaintovälineenä oli Etelä-Amerikassa sijaitseva Atacama Large Millimeter Array ja mittaukset tehtiin elokuussa 2021. Silloin komeetta oli 19,6 au etäisyydellä. Mikroaalloilla komeetan ytimestä heijastuneet eri aallonpituudet mahdollistivat sen ytimeen koon määrittämisen, joka on noin 137 km.

Vaikka komeetta ei tulekaan kovin lähelle maapalloa, tutkijoilla on oiva tilaisuus tehdä havaintoja todellisesta Oortinpilven komeetasta. Erityisesti komeetan kemiallinen koostumus kiinnostaa tutkijoita, sillä se on mitä ilmeisimmin sitä alkuperäistä ja muuttumatonta materiaalia, mistä koko Aurinkokuntamme on muodostunut. Vaikka emme tiedä kuinka monta kierrosta komeetta on tehnyt nykyisellä radallaan, niin tutkijat eivät usko sen materiaalin kovinkaan paljoa muuttuneen alkuperäisestä.

Komeetat eivät ole ikuisia ja muuttumattomia, sillä jokaisen perihelin ohituksen aikaan ne yleensä menettävät merkittävän osan pintamateriaalistaan Auringon lämpösäteilyn ja tihentyvän aurinkotuulen vaikutuksesta. Lisäksi jäljelle jääväässä osassa tapahtuu kemiallisia reaktioita, jotka voivat tuottaa yhdisteitä (tholiineita), joita alkuperäisessä materiaalissa ei ole. Tholiini ovat tummia kemiallisia yhdisteitä, jotka tummentavat komeetan pintaa merkittävästi. Mitä useammin komeetta on perihelinsä ohittanut, sen pienempi ja tummempi se on. Tutkijat arvioivatkin, että lyhyellä (< 200 vuotta) kiertoradalla olevat komeetat voivat tehdä enintään noin tuhat perihelin ohitusta ennen kuin ne katoavat kokonaan.

Proximan kiertoradalta on löydetty uusi planeetta

eso2202fi — Tutkimustiedote

Ryhmä tähtitieteilijöitä on löytänyt todisteita aurinkokuntamme lähintä tähteä Proxima Centauria kiertävästä uudesta planeetasta. Havainnot on tehty Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Chilessä sijaitsevalla Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputkella. Tämä planeettaehdokas on planeettajärjestelmän kolmas ja kevyin toistaiseksi löydetty. Planeetan massa on vain neljäsosa maapallon massasta ja se on myös yksi kevyimmistä koskaan löydetyistä eksoplaneetoista.

Tämä kuva taivaasta kirkkaan kaksoistähden Alfa Centauri AB ympäristötä esittää myös paljon himmeämmän punaisen kääpiötähden, Proxima Centaurin, joka on lähin Aurinkokuntaa oleva tähti. Kuva koostettiin Digitized Sky Survey 2 -kartoitukseen kuuluvista kuvista. Alfa Centauri AB:n ympärillä näkyvä sininen halo on seurausta kuvankäsittelystä eikä siten todellinen piirre, sillä kaksoistähti näyttää oikeasti Auringon tavoin hailakan keltaiselta. Kuva: Digitized Sky Survey 2 / Davide De Martin/Mahdi Zamani.

”Löytö osoittaa, että lähin tähtinaapurimme näyttää olevan täynnä mielenkiintoisia uusia maailmoja, jotka ovat jatkotutkimuksen ja tulevaisuudessa tarkemman tarkastelun ulottuvilla”, sanoi João Faria, Portugalin Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaçon tutkija, ja tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. Proxima Centauri on Aurinkoa lähin tähti, joka sijaitsee hieman yli neljän valovuoden etäisyydellä.

Juuri löydetty planeetta on nimeltään Proxima d ja se kiertää Proxima Centauria noin neljän miljoonan kilometrin etäisyydellä. Tämä on alle kymmenesosa Merkuriuksen etäisyydestä Aurinkoon. Sen kiertorata sijaitsee tähden ja elämänvyöhykkeen (tähden ympärillä olevan alue, jolla planeetan pinnalla voi olla nestemäistä vettä) välissä. Planeetan kiertoaika on vain viisi vuorokautta.

Tähden kiertoradoilla tiedetään jo olevan kaksi muuta planeettaa: Proxima b on planeetta, jonka massa on maapallon kokoluokkaa. Se kiertää tähden ympäri 11 vuorokaudessa ja se sijaitsee elämänvyöhykkeen sisällä. Toinen planeetta on Proxima c, jonka kiertoaika on pidempi: viisi vuotta.

Proxima b löydettiin muutama vuosi sitten ESO:n 3,6-metrin teleskoopin HARPS-instrumentilla. Löytö vahvistettiin vuonna 2020, kun tutkijat havaitsivat Proxima-järjestelmää uudella ja tarkemmalla ESO:n VLT-kaukoputken instrumentilla; ESPRESSO:lla (Echelle specTrograph for Rocky Exoplanets ja Stable Spectroscopic Observations). Näiden uudempien VLT-havaintojen yhteydessä tähtitieteilijät huomasivat ensimmäiset vihjeet kohteesta, jonka kiertoaika olisi viisi vuorokautta. Koska signaali oli niin heikko, niin tutkimusryhmän oli tehtävä ESPRESSO:lla jatkohavaintoja vahvistaakseen, että signaali johtui itse planeetasta eikä yksinkertaisesti tähden muutoksista.

”Pystyimme vahvistamaan tämän signaalin aiheutuvan uudesta planeettaehdokkaasta uusien havaintojen jälkeen”, Faria sanoi. ”Otin innoissani haasteen vastaan, jonka näin heikon signaalin havaitsemisen aiheuttaa. Teimme havainnot ja löysimme uuden eksoplaneetan näin läheltä Maata.”

Proxima d on kevyin koskaan radiaalinopeustekniikalla havaittu eksoplaneetta, ja sen massa on vain neljännes maapallon massasta. Sen massa alittaa hiljattain L 98-59 planeettajärjestelmästä löydetyn planeetan. Havaintomenetelmässä tarkkaillaan tähden liikkeessä tapahtuvaa pientä huojuntaa, joka aiheutuu tähteä kiertävän planeetan gravitaatiosta. Proxima d:n gravitaation vaikutus on niin heikko, että se saa Proxima Centaurin liikkumaan edestakaisin nopeudella: noin 40 senttimetriä sekunnissa.

”Tämä saavutus on äärimmäisen tärkeä”, ESPRESSOn instrumentitutkija Pedro Figueira Chilen ESO:ssa, sanoi. ”Tutkimus osoittaa, että radiaalinopeustekniikalla pystytään paljastamaan oman planeettamme kaltaisten kevyiden planeettojen olemassaolo. Näitä oletetaan olevan galaksissamme kaikkein eniten ja ne voivat mahdollisesti ylläpitää elämää sellaisena kuin me sen tunnemme.”

”Tämä tulos osoittaa selvästi, mihin ESPRESSO pystyy ja saa minut pohtimaan, mitä se pystyykään tulevaisuudessa löytämään”, Faria lisäsi.

ESO:n Extremely Large Telescope (ELT), jota parhaillaan rakennetaan Atacaman autiomaassa, tulee täydentämään ESPRESSOn suorittamaa eksoplaneettojen etsintää. ELT tulee olemaan ratkaisevan tärkeässä roolissa läheisten tähtien kiertoradoilla kiertävien uusien planeettojen löytämisessä ja tutkimisessa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa “A candidate short-period sub-Earth orbiting Proxima Centauri” (doi:10.1051/0004-6361/202142337), joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics -lehdessä.