Uusi kuva paljastaa planeettojen synnyn salaisuudet

eso2312fi — Valokuvan julkistus, suomennos Pasi Nurmi

Euroopan eteläisen observatorion tänään julkaisemassa näyttävässä uudessa kuvassa näkyy viitteitä siitä, miten Jupiterin kaltaiset massiiviset planeetat voivat muodostua. Tutkijat ovat havainneet nuoren tähden lähellä olevia suuria pölykasaumia ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) ja ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) avulla. Nämä ainekasaumat voivat romahtaa muodostaen jättiläisplaneettoja.

Kuvan keskellä on nuori tähti V960 Mon, joka sijaitsee yli 5 000 valovuoden etäisyydellä Yksisarvisen tähdistössä. Tähteä ympäröivästä pölyisestä materiasta voi muodostua planeettoja.

ESO:n VLT-teleskoopin Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, eli SPHERE-instrumentilla tehdyt havainnot on esitetty kuvassa keltaisella. Ne osoittavat, että nuorta tähteä kiertävä pölymateria on kerääntymässä yhteen monimutkaisten spiraalihaarojen sarjana, jotka ulottuvat Aurinkokuntaa laajemmalle alueelle.

Kuvan siniset alueet esittävät ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) otettua dataa. ESO on yksi ALMA:n kumppaneista. ALMA:n havaintoaineistolla päästää kurkistamaan syvemmälle spiraalihaarojen rakenteeseen, mikä paljastaa suuria pölykasaumia, jotka voivat kutistua ja romahtaa kasaan muodostaen Jupiterin kokoisia jättiläisplaneettoja gravitaatiohäriöiden "gravitational instability" kautta.

Kuva: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Weber et al.

"Tämä löytö on todella merkittävä, sillä se on ensimmäinen havainto nuoren tähden ympärillä olevista materiakasaumista, jotka voivat potentiaalisesti synnyttää jättiläisplaneettoja", sanoi Alice Zurlo, Chilen Universidad Diego Portalesin tutkija, joka oli mukana tekemässä havaintoja.

Tutkimus perustuu ESO:n VLT-teleskoopin Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, eli SPHERE-havaintolaitteella otettuun upeaan kuvaan, jossa V960 Mon tähteä ympäröivässä materiassa näkyy kiehtova yksityiskohta. Tämä nuori tähti sijaitsee yli 5 000 valovuoden etäisyydellä meistä Yksisarvisen tähdistössä. Kohde herätti tähtitieteilijöiden huomion, kun se yhtäkkiä kirkastui yli kaksikymmentä kertaiseksi vuonna 2014. SPHERE:n havainnot otettiin pian tämän kirkastumisen jälkeen, ja ne paljastivat, että V960 Mon:ia kiertävä materia on kerääntymässä yhteen monimutkaisten spiraalirakenteiden sarjana, jotka ulottuvat koko aurinkokuntaa suuremmalle alueelle.

Tämä havainto innosti tähtitieteilijöitä analysoimaan saman kohteen ALMA:lla tehtyjä arkistohavaintoja. ESO on yksi ALMA:n kumppaneista. VLT:n havainnoissa näkyy yleisesti tähteä ympäröivä pölyinen materia, kun taas ALMA voi kurkistaa syvemmälle sen rakenteeseen. "ALMA:n avulla saimme selville, että spiraalihaarat ovat pirstoutumassa, minkä seurauksena muodostuu ainekasaumia, joiden massat ovat planeettojen massan luokkaa", Zurlo sanoi.

Tähtitieteilijät uskovat jättiläisplaneettojen muodostuvan joko kasaantumalla (core accretion), jossa pölyhiukkaset kasaantuvat yhteen, tai gravitaation aiheuttamien häiriöiden (gravitational instability) kautta, jossa suuri määrä tähden ympärillä olevaa materiaa tiivistyy ja romahtaa. Vaikka tutkijat ovat aiemmin löytäneet todisteita ensimmäisestä skenaarioista, niin todisteet jälkimmäiselle ovat olleet vähäisiä.

"Kukaan ei ollut aikaisemmin nähnyt havainnoissa merkkejä todellisista gravitaation aiheuttamista häiriöistä planeettojen mittakaavassa", sanoi Chilen Santiagon yliopiston tutkija Philipp Weber, joka johti tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä julkaistua tutkimusta.

"Tutkimusryhmämme on etsinyt merkkejä planeettojen muodostumisesta jo yli kymmenen vuoden ajan, emmekä voisi olla enemmän innoissamme tästä uskomattomasta löydöstä", kertoi tutkimusryhmän jäsen Sebastin Pérez Santiagon yliopistosta.

ESO:n instrumenttien avulla tähtitieteilijät pystyvät paljastamaan lisää yksityiskohtia tästä muodostumassa olevasta planeettajärjestelmästä, ja ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope) tulee olemaan tässä avainasemassa. Kaukoputkea rakennetaan parhaillaan Chilen Atacaman autiomaassa. ELT pystyy havaitsemaan järjestelmää yksityiskohtaisemmin kuin koskaan aikaisemmin saaden siitä tärkeää tietoa. "ELT:n avulla pystymme havaitsemaan ainekasaumia ympäröivän materian monimutkaista kemiallista koostumusta, mikä lisää tietoamme sen materian koostumuksesta, josta potentiaaliset planeetat ovat muodostumassa", totesi Weber lopuksi.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus julkaistaan The Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/ace186) -lehdessä.

Onko tällä eksoplaneetalla seuralainen samalla kiertoradalla?

eso2311fi — Tutkimustiedote / suom. FT Pasi Nurmi

 

Tässä kuvassa, joka on muodostettu ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) kokoamasta aineistosta, näkyy nuori planeettakunta PDS 70, joka sijaitsee lähes 400 valovuoden päässä Maasta. Järjestelmän keskellä on tähti, jota kiertää planeetta PDS 70 b (merkitty kuvaan keltaisella ympyrällä). Tähtitieteilijät ovat havainneet samalla kiertoradalla kuin PDS 70b materiapilven (ympyröity keltaisella katkoviivalla), joka voi olla uuden planeetan rakennusmateriaa, tai jo muodostuneen planeetan jäänteitä. Kuvaa hallitseva rengasmainen rakenne on tähteä ympäröivä materiakiekko (circumstellar disc), josta muodostuu planeettoja. Tässä järjestelmässä on toinenkin planeetta PDS 70c, joka näkyy kuvassa kello kolmen suunnassa aivan kiekon sisäreunan vieressä.

Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et al.

Tähtitieteilijät ovat löytäneet ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) kaukaista tähteä kiertävälle planeetalle mahdollisen seuralaisen (troijalaisen ^[1]). Tutkimusryhmä on havainnut materiakasaantuman, joka saattaa olla samalla kiertoradalla planeetan kanssa. Tämä voi heidän mukaansa olla uuden planeetan rakennusmateriaa tai jo muodostuneen planeetan jäänteitä. Jos havainto varmennetaan, niin se olisi vahvin todiste sille, että kaksi eksoplaneettaa voivat olla samalla kiertoradalla.

"Kaksi vuosikymmentä sitten ennustettiin, että teoriassa saman massaisten planeettojen parit saattavat olla samalla kiertoradalla. Nämä ovat niin sanottuja troijalais- tai saman kiertoradan planeettoja. Olemme ensimmäistä kertaa löytäneet todisteita tämän ajatuksen puolesta", kertoi Astronomy & Astrophysics -lehdessä tänään julkaistun tutkimusartikkelin tutkimusta johtanut Olga Balsalobre-Ruza Madridin astrobiologiakeskuksesta Espanjasta.

Troijalaiset, jotka ovat kivisiä kappaleita samalla kiertoradalla kuin planeetta, ovat omassa aurinkokunnassamme yleisiä. Tunnetuin esimerkki ovat Jupiterin troijalaiset asteroidit (yli 12 000 kivistä kappaletta), jotka ovat samalla kiertoradalla Auringon ympäri kuin itse planeetta. Tähtitieteilijät ovat ennustaneet, että troijalaisia ja erityisesti troijalaisplaneettoja, voi olla myös muiden tähtien kuin Aurinkomme kiertoradoilla, mutta todisteet niistä ovat vähäisiä. "Eksotroijalaiset (Aurinkokunnan ulkopuolella olevat troijalaisplaneetat) ovat tähän mennessä olleet kuin yksisarviset. Niitä on teoriassa olemassa, mutta kukaan ei ole koskaan havainnut niitä", sanoi astrobiologiakeskuksen vanhempi tutkija Jorge Lillo-Box.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on nyt käyttänyt ALMA:a, jossa ESO on kumppanina, saadakseen tähän mennessä parhaimman havaintotodisteen siitä, että troijalaisia voisi olla olemassa PDS 70 -järjestelmässä. Tiedetään, että tällä nuorella tähdellä on kaksi jättiläismäistä Jupiterin kaltaista planeettaa: PDS 70b ja PDS 70c. Analysoimalla arkistoissa olevia tämän järjestelmän ALMA:n tekemiä havaintoja tutkimusryhmä havaitsi PDS 70b:n kiertoradalla olevan materiapilven alueella, jossa troijalaisten oletetaan olevan.  

Troijalaiset sijaitsevat niin sanotuilla Lagrangen-vyöhykkeillä, jotka ovat kaksi laajaa aluetta planeetan kiertoradalla, ja joille tähden ja planeetan yhteinen gravitaatio voi kaapata materiaa. Tutkiessaan näitä kahta PDS 70b:n kiertoradan aluetta tähtitieteilijät havaitsivat heikon signaalin toisesta niistä. Tämä viittaa siihen, että siellä saattaisi olla materiapilvi, jonka massa on jopa kaksi kertaa Kuun massan suuruinen.

Tutkimusryhmä uskoo, että tämä materiapilvi voisi olla tämän järjestelmän troijalaiset, tai se voisi olla muodostumassa oleva planeetta. "Kuka voisi kuvitella, että olisi kaksi maailmaa, joiden vuoden pituus olisi sama ja samat mahdollisuudet elämälle? Havaintomme on ensimmäinen todiste siitä, että tällainen maailma voisi olla olemassa", Balsalobre-Ruza sanoi. "Voimme kuvitella, että planeetta voi jakaa kiertoratansa tuhansien asteroidien kanssa kuten Jupiterin tapauksessa, mutta on hurjaa ajatella, että planeetat voisivat olla samalla kiertoradalla".

"Tutkimuksemme on ensimmäinen askel saman kiertoradan planeettojen etsimisessä niiden muodostumisen hyvin varhaisessa vaiheessa", sanoi astrobiologiakeskuksen vanhempi tutkija Nuria Huélamo. "Tämä avaa troijalaisten muodostumisessa uusia kysymyksiä, kuten kuinka ne kehittyvät ja kuinka yleisesti niitä eri planeettajärjestelmissä esiintyy?", lisäsi Itziar De Gregorio-Monsalvo, ESO:n Chilen tiedetoimiston johtaja, ja yksi tutkimuksessa mukana olleista.

Saadakseen lopullisen varmistuksen havainnoille tutkimusryhmän on odotettava ainakin vuoteen 2026, jolloin he pyrkivät käyttämään ALMA:a nähdäkseen liikkuvatko sekä PDS 70b, että sen sisaruspilvi kiertoradallaan tähden ympäri merkittävästi. "Tämä olisi läpimurto eksoplaneettojen havainnoissa", sanoi Balsalobre-Ruza.

"Tämän aiheen tulevaisuus on hyvin jännittävä, ja odotamme innolla vuodelle 2030 suunniteltuja laajennettuja ALMA:n havainto-ominaisuuksia. Ne parantavat merkittävästi teleskoopin mahdollisuuksia havaita monien muiden tähtien ympärillä olevia troijalaisia", totesi De Gregorio-Monsalvo lopuksi.

 

Huomautukset

[1] Kun Jupiterin kiertoradalla olevia asteroideja löydettiin ensimmäisen kerran, niin niille annettiin nimiä Troijan sodan sankarien mukaan. Nykyisin nimi troijalaiset kuvaa näiden kohteiden joukkoa.

 

Lisätietoa

Videopodcast

Tässä esitelty tutkimus on julkaistu Astronomy & Astrophysics -lehden artikkelissa.