Eksoplaneetalta on havaittu ääntä nopeampia tuulia

ESOn lehdistötiedote, suomentanut Pasi Nurmi, Turun yliopisto

Tähtitieteilijät ovat havainneet erittäin voimakkaita tuulia, jotka riehuvat valtavan eksoplaneetta WASP-127b:n päiväntasaajalla. Jopa 9 km/s nopeuteen yltävät tuulet ovat nopeimpia koskaan miltään planeetalta mitattuja tuulia. Havainto tehtiin Euroopan eteläisen observatorion Chilessä sijaitsevalla VLT-teleskoopilla (ESO:n VLT). Havainto antaa ainutlaatuisen näkymän kaukaisen maailman säämalleihin.

Taiteilijan näkemys WASP-127b:stä, joka on noin 520:n valovuoden etäisyydellä sijaitseva kaasujättiläinen. Kuvassa näkyy sen juuri löydetyt valtavalla ääntä nopeammalla nopeudella planeetan ekvaattorilla liikkuvat tuulet. Tuulen nopeus on jopa 9 kilometriä sekunnissa ja se on nopein koskaan maailmankaikkeudessa mitattu tuuli (jetstream). Seuraamalla ilmakehän molekyylien nopeutta ESO:n VLT-kaukoputken CRIRES+ instrumentilla tutkijat havaitsivat, että planeetan ilmakehän toinen puoli liikkuu meitä kohti ja toinen meistä poispäin. Tämä osoittaa, että planeetan ympärillä on voimakkaita tuulia. Kuva: ESO/L. Calçada.

 

Tornadot, pyörremyrskyt ja hurrikaanit aiheuttavat tuhoa Maassa, mutta tutkijat ovat nyt havainneet aivan eri mittakaavan tuulia planeetalla, joka sijaitsee kaukana aurinkokunnan ulkopuolella. Sen jälkeen, kun kohde löydettiin vuonna 2016, tähtitieteilijät ovat tutkineet yli 500 valovuoden päässä Maasta sijaitsevan jättiläismäisen kaasuplaneetta WASP-127b:n säätä. Planeetta on hieman Jupiteria suurempi, mutta sen massa on vain murto-osa Jupiterin massasta, mikä tekee siitä ”pöhöttyneen”. Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on nyt tehnyt odottamattoman löydön. Planeetalla tuulet riehuvat ääntä nopeammin.

”Osa tämän planeetan ilmakehästä liikkuu meitä kohti suurella nopeudella, kun taas toinen osa liikkuu meistä poispäin samalla nopeudella”, sanoi Lisa Nortmann, Göttingenin yliopiston tutkija ja tutkimuksen pääkirjoittaja. ”Tämän signaalin johdosta tiedämme, että planeetan päiväntasaajan ympärillä esiintyy hyvin nopeita, ääntä nopeampia tuulia.”

Tuulet liikkuvat lähes kuusi kertaa nopeammin kuin planeetta pyörii [1]. ”Emme ole nähneet tätä aiemmin”, Nortmann sanoi. Kyseessä on nopein koskaan mitattu planeettaa kiertävä tuuli. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että Aurinkokunnassa nopein koskaan mitattu tuuli havaittiin Neptunuksella, joka liikkui ”vain” 500 m/s.

Tutkimuksessa WASP-127b:n säätä ja koostumusta on kartoitettu ESO:n VLT:n CRIRES+ instrumentilla. Mittaamalla, miten isäntätähden valo kulkee planeetan yläilmakehän läpi, tutkijat onnistuivat jäljittämään sen koostumuksen. Tulokset vahvistavat, että planeetan ilmakehässä on vesihöyryä ja hiilimonoksidimolekyylejä. Kun ryhmä tarkasteli tämän aineen nopeuksia ilmakehässä, he havaitsivat yllätyksekseen kaksoispiikin, joka osoitti, että ilmakehän toinen puoli liikkuu meitä kohti ja toinen meistä poispäin suurella nopeudella. Tutkijat päättelevät, että päiväntasaajan ympärillä olevat voimakkaat tuulet selittäisivät tämän yllättävän havainnon.

Tutkimusryhmä havaitsi myös, että navoilla on viileämpää kuin muualla planeetan pinnalla. Myös WASP-127b:n aamu- ja iltapuolen välillä on pieni lämpötilaero. ”Tämä osoittaa, että planeetan säämalli on monimutkainen, aivan kuten Maassa ja muilla oman aurinkokuntamme planeetoilla”, lisäsi Fei Yan, yksi tutkimuksen kirjoittajista ja Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston professori.

Eksoplaneettojen tutkimusala kehittyy nopeasti. Vielä muutama vuosi sitten tähtitieteilijät pystyivät mittaamaan vain aurinkokunnan ulkopuolisten planeettojen massan ja säteen. Nykyään ESO:n VLT:n kaltaiset teleskoopit antavat tutkijoille jo mahdollisuuden kartoittaa näiden kaukaisten maailmojen säätä ja analysoida niiden ilmakehää. ”Näiden eksoplaneettojen dynamiikan ymmärtäminen auttaa meitä tutkimaan eri mekanismeja, kuten lämmön uudelleenjakautumista ja kemiallisia prosesseja, mikä auttaa ymmärtämään planeettojen muodostumista, ja saattaa valottaa myös oman aurinkokuntamme alkuperää”, sanoi yksi artikkelin kirjoittajista David Cont Münchenin Ludwig Maximilian -yliopistosta Saksasta.

On mielenkiintoista, että tällä hetkellä vastaavia tutkimuksia voidaan tehdä vain maanpäällisissä observatorioissa, koska avaruusteleskooppien nykyisillä instrumenteilla ei ole riittävää nopeustarkkuutta. ESO:n Extremely Large Telescope, jota parhaillaan rakennetaan Chilessä VLT:n lähellä, ja siihen tuleva ANDES-instrumentti tulee antamaan tutkijoille mahdollisuuden tutkia kaukana sijaitsevien planeettojen säämalleja vielä tarkemmin. ”Tämä tarkoittaa sitä, että pystymme todennäköisesti erottamaan vielä tarkempia yksityiskohtia tuulikuvioista, sekä kykenemme myös tutkimaan pienempiä kiviplaneettoja”, Nortmann totesi lopuksi.

Lisähuomiot

[1] Vaikka tutkimusryhmä ei mitannutkaan planeetan pyörimisnopeutta suoraan, he odottavat, että WASP-127b:n pyöriminen on lukkiutunut. Tämän mukaan planeetalta kestää yhtä kauan pyöriä oman akselinsa ympäri kuin se kiertää tähteä. Kun tiedetään, kuinka suuri planeetta on ja kuinka kauan sillä menee aikaa yhteen kierrokseen, voidaan päätellä, kuinka nopeasti se pyörii.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa "CRIRES+ transmission spectroscopy of WASP-127b. Detection of the resolved signatures of a supersonic equatorial jet and cool poles in a hot planet", joka julkaistaan tänään Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202450438) -lehdessä.

 

 

 

Tutkijat ovat löytäneet Barnadin tähden kiertoradalta eksoplaneetan

Tähtitieteilijät ovat löytäneet Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin (ESO:n VLT) avulla eksoplaneetan, joka kiertää Barnardin tähteä ^[3]. Nyt löydetyn eksoplaneetan massa on vähintään puolet Venuksen massasta, ja vuosi kestää vain hieman yli kolme Maan vuorokautta. Tutkimusryhmän havainnot antavat myös vihjeitä kolmen muun eksoplaneetan olemassaololle, jotka kiertävät tähteä omilla radoillaan.

Tässä taiteilijan tekemässä kuvassa näkyy Barnard b, eli Barnardin tähteä kiertävä Maata pienempimassainen planeetta, joka on juuri löydetty. Siihen liittyvä havainto tehtiin ESO:n VLT-teleskoopin ESPRESSO-instrumentilla, ja tähtitieteilijät pystyivät vahvistamaan sen olemassaolon muiden instrumenttien tiedoilla. Aiempaa vuonna 2018 tehtyä lupaavaa havaintoa saman tähden kiertoradalla olevasta planeetasta ei voitu vahvistaa. Tämän juuri löydetyn eksoplaneetan massa on vähintään puolet Venuksen massasta, mutta se on liian kuuma nestemäisen veden ylläpitämiseen. Planeetan vuosi kestää vain hieman yli kolme Maan vuorokautta.

Kuva ESO/M. Kornmesser.

Barnardin tähti sijaitsee vain kuuden valovuoden etäisyydellä meistä, ja se on toiseksi lähin tähtijärjestelmä Alfa Kentaurin kolmoistähtijärjestelmän jälkeen. Se on meitä lähin yksittäinen tähti. Läheisyytensä vuoksi se on ensisijainen kohde Maan kaltaisten eksoplaneettojen etsinnässä. Vuonna 2018 tehdystä lupaavasta havainnosta huolimatta Barnardin tähteä kiertävää planeettaa ei tähän mennessä oltu vahvistettu.

Tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistussa artikkelissa kerrotun uuden eksoplaneetan löytyminen on viimeisten viiden vuoden aikana Paranalin observatoriossa Chilessä sijaitsevalla ESO:n VLT-observatoriolla tehtyjen havaintojen tulos. ”Vaikka tämä kesti kauan, olimme koko ajan varmoja, että voisimme löytää jotain”, sanoi Jonay González Hernández, espanjalaisen Instituto de Astrofísica de Canarias -instituutin tutkija ja artikkelin pääkirjoittaja. Tutkimusryhmä etsi signaaleja mahdollisista eksoplaneetoista, jotka sijaitsevat Barnardin tähden elinkelpoisella tai lauhkealla vyöhykkeellä, joka on alue, jossa planeetan pinnalla voi olla nestemäistä vettä. Tähtitieteilijät tutkivat usein Barnardin tähden kaltaisia punaisia kääpiötähtiä, koska niissä pienimassaisten kiviplaneettojen löytäminen on helpompaa kuin isompien Auringon kaltaisten tähtien ympäriltä ^[1].

Barnard b ^[2] kiertoradan keskietäisyys on alle 3 miljoona km etäisyydellä tähdestään. Etäisyys vastaa vain 1/20 Merkuriuksen etäisyydestä Aurinkoon. Planeetta kiertää tähden ympäri 3,15 Maan vuorokaudessa, ja sen pintalämpötila on noin 125 °C. ”Barnard b on yksi pienimassaisimmista tunnetuista eksoplaneetoista, ja se on yksi harvoista tunnetuista, joiden massa on Maan massaa pienempi. Planeetta on kuitenkin liian lähellä tähteä, ja sijaitsee elinkelpoista vyöhykettä lähempänä”, González Hernández kertoi. ”Vaikka Barnadin tähti on noin 2 500 astetta Aurinkoamme viileämpi, planeetalla on liian kuumaa, jotta pinnalla voisi olla nestemäistä vettä”.

Tässä tähtikartassa on Käärmeenkantajan tähdistö, joka sijaitsee taivaan päiväntasaajan toisella puolella. Kartassa Barnardin tähden sijainti on merkitty, ja siinä näkyy suurin osa tähdistä, jotka näkyvät paljain silmin kirkkaana pimeänä yönä. 

Kuva ESO, IAU and Sky & Telescope.

Ryhmä käytti havainnoissa ESPRESSOa, erittäin tarkkaa laitetta, joka on suunniteltu havaitsemaan yhden tai useamman planeetan painovoiman aiheuttamat häiriöt, jotka näkyvät tähden heilahteluna. Havaintojen tulokset vahvistettiin myös muilla eksoplaneettojen etsimiseen erikoistuneilla instrumenteilla: ESO:n La Sillan observatoriossa sijaitsevalla HARPS:illa , HARPS-N:llä ja CARMENES:illa. Uudet tiedot eivät kuitenkaan anna todisteita vuonna 2018 raportoidun eksoplaneetan olemassaololle.

Nyt varmennetun planeetan lisäksi kansainvälinen ryhmä löysi vihjeitä myös kolmesta muusta eksoplaneettakandidaatista, jotka kiertävät Barnadin tähteä. Näiden ehdokkaiden vahvistaminen edellyttää kuitenkin lisähavaintoja ESPRESSO:lla. ”Meidän on nyt jatkettava tähden havaitsemista vahvistaaksemme muiden ehdokkaiden signaalit”, sanoi Alejandro Suárez Mascareño, tutkija, joka työskentelee myös Instituto de Astrofísica de Canarias -laitoksessa ja on yksi tutkimuksen kirjoittajista. ”Mutta tämän planeetan löytyminen yhdessä muiden aiempien löytöjen, kuten Proxima b:n ja d:n, kanssa osoittaa, että kosminen takapihamme on täynnä pienimassaisia planeettoja”.

ESO:n rakenteilla oleva ELT (Extremely Large Telescope) tulee muuttamaan eksoplaneettojen tutkimusta. ELT:n ANDES-instrumentin avulla tutkijat pystyvät havaitsemaan enemmän näitä lähitähtien lauhkealla vyöhykkeellä sijaitsevia pieniä kiviplaneettoja, jotka ovat nykyisten teleskooppien havaintojen ulottumattomissa. ELT:n avulla pystytään tutkimaan myös niiden ilmakehän koostumusta.

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa nimeltään “A sub-Earth-mass planet orbiting Barnard’s star”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics -lehdessä (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202451311).

 

Huomautukset

[1] Tähtitieteilijät havaitsevat viileitä tähtiä, kuten punaisia kääpiöitä, koska niissä lauhkean lämpötilan alue on paljon lähempänä tähteä kuin kuumemmilla tähdillä, kuten Auringolla. Siten niiden tapauksessa lauhkealla vyöhykkeellä kiertävien planeettojen kiertoaika tähden ympäri on lyhyempi, jolloin tähtitieteilijät voivat seurata niitä useiden päivien tai viikkojen ajan vuosien sijaan. Lisäksi punaiset kääpiöt ovat paljon vähemmän massiivisia kuin Aurinko, joten niitä ympäröivien planeettojen gravitaatio häiritsee niitä enemmän, ja ne heilahtelevat siten enemmän.

[2] Tähtitieteessä eksoplaneetat nimetään yleensä niiden päätähden nimellä, johon on lisätty pieni kirjain, jolloin ”b” tarkoittaa ensimmäistä tunnettua planeettaa, ”c” seuraavaa ja niin edelleen. Barnard b -nimi annettiin siis myös Barnardin tähden aiemmin epäillylle planeettaehdokkaalle, jonka olemassaoloa tutkijat eivät pystyneet varmistamaan.

[3] Barnadin tähti sijaitsee Käärmeenkantajassa, noin 6 valovuoden etäisyydellä. Se on pieni punainen kääpiötähti, jonka visuaalinen kirkkaus on vain m_v= 9,53. Huomion tähteen kiinnitti Edward Emerson Barnad vuona 1916 sen suuren ominaisliikkeen (10,4” vuodessa) vuoksi. Suuri ominaisliike johtuu siitä, että tähti lähestyy Aurinkokuntaamme 139 km/s nopeudella. Lähimmillään se on vuoden  11 800 aikoihin, jolloin sen etäisyys on vain 3,8 valovuotta.

Barnadin tähden pintalämpötila on noin 3 170 K, luminositeetti 0,0035 L_☉ ja halkaisija vain noin 20 % Auringon halkaisijasta (noin 280 000 km). Vaikka tähti pyörähtää itsensä ympäri hitaasti, yksi kierros kestää noin 130 vuorokautta, niin tähdellä on magneettikenttä. Sillä esiintyy pilkkuja ja flarepurkauksia, joiden aiheuttamien kirkkauden muutosten vuoksi tähti on luokiteltu muuttujaksi ja se tunnetaan merkinnällä V2500 Ophiuchi. Erittäin voimakas flarepurkaus havaittiin vuonna 1998, jolloin purkauksen lämpötilaksi määriteltiin noin 8 000 K. Suhteellisen voimakkaiden flarepurkausten esiintyminen punaisissa kääpiötähdissä on hyvin yleistä. Flarepurkauksista johtuen punaisten tähtien elokehällä olevien planeettojen elämän esiintymisen mahdollisuuksia pidetään pieninä tai jopa mahdottomana.