Planeettajärjestelmä löydetty lähitähdeltä

Tiivistelmä

Astronomit ovat löytäneet planeettajärjestelmän Barnardin tähden kiertoradoilta, joka on lähin yksittäinen tähti Maahan nähden. Gemini North -teleskoopin ja MAROON-X-instrumentin avulla on löydetty todisteita neljästä Maata pienemmästä eksoplaneetasta, jotka kiertävät tätä punaista kääpiötähteä. Löytö sisältää pienimmän eksoplaneetan, joka on koskaan löydetty radiaalinopeustekniikalla, mikä on merkittävä edistysaskel pienempien planeettojen havaitsemisessa lähellä olevien tähtien kieertoradoilta.

Astronomit käyttivät radiaalinopeustekniikkaa havaitakseen Barnardin tähden hienovaraisen huojunnan, jonka aiheuttaa sen eksoplaneettojen gravitaatio. Yhdistämällä MAROON-X:n tietoja aiempiin tutkimuksiin he vahvistivat neljän kiviplaneetan olemassaolon, joista jokainen on noin 20 – 30 % Maan massasta ja kiertää hyvin lähellä tähteään.

Tämä löytö on läpimurto sadan vuoden etsinnän jälkeen planeettojen löytämiseksi Barnardin tähden ympäriltä, ja se korostaa uusien instrumenttien, kuten MAROON-X:n, tarkkuutta. Näiden pienempien eksoplaneettojen löytäminen voi tarjota näkemyksiä planeettojen muodostumisesta ja elinkelpoisuudesta.

 

Noirlab2510 – Science Release — National Science Foundation ja NSF NOIRLAbin operoimat tähtitieteilijät ovat löytäneet neljä Maata pienempää eksoplaneettaa, jotka kiertävät Barnardin tähteä [1]. Yksi planeetoista on vähiten massiivinen eksoplaneetta, joka on koskaan löydetty säteisnopeustekniikalla, mikä osoittaa uuden vertailuarvon pienempien planeettojen löytämiseksi läheisten tähtien ympärillä.

Havainnekuva Barnadin tähteä kiertävän eksoplaneetan pinnalta. Tähden neljä eksoplaneettaa ovat kaikki luultavasti kiviplaneettoja, joskaan täyttä varmuutta tutkimusten tässä vaiheessa ei ole. Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld.

Tähtitieteilijät ovat tutkineet jo vuosisadan ajan Barnadin tähteä toivoen löytävänsä planeettoja sen kiertoradoilta. Tähden havaitsi ensimmäisenä E. E. Barnard  Yerkesin Observatoriossa vuonna 1916. ja se osoittautui olevan Maata lähin yksittäinen tähtijärjestelmä [1]. Barnardin tähti on luokiteltu punaiseksi kääpiötähdeksi, jotka ovat hyvin pienimassaisia tähtiä.  Näillä tähdillä voi olla usein monia kiviplaneettoja kiertoradoillaan. Punaisia kääpiöitä on maailmankaikkeudessa hyvin paljon, ehkä enemmän kuin muita tähtiä yhteensä.

Tutkijat käyttivät MAROON-X instrumenttia, joka on suunniteltu erityisesti etsimään punaisten kääpiötähtien kiertoradoilla olevia eksoplaneettoja. MAROON-X on asennettu Gemini North teleskooppiin

MAROON-X metsästää eksoplaneettoja havaitsemalla tähtien säteisnopeutta, siis tähden vähäisen edestakaisen huojunnan. Huojunta aiheutuu eksoplaneettojen gravitaatiosta, kun järjestelmän massakeskipiste ei sijaitse tähden keskipisteessä.  Huojunta näkyy spektriviivojen vähäisenä Doplersiirtymänä sen mukaan, mihin suuntaa tähti on siirtymässä havaintosuuntamme suhteen. Kohti tuleva tähti lyhentää spektriviivojen aallonpituutta (sinisiirtymä) ja poispäin suuntautunut liike puolestaan pidentää aallonpituutta (punasiirtymä).

Kalibroituaan ja analysoituaan tarkasti 112 yön aikana kolmen vuoden aikana otettuja tietoja, tutkimusryhmä löysi vankat todisteet kolmesta Barnardin tähden ympärillä olevasta eksoplaneetasta, joista kaksi luokiteltiin aiemmin ehdokkaiksi. Tiimi myös yhdisti MAROON-X: n tiedot vuoden 2024 tietoihin tutkimuksesta, joka tehtiin ESPRESSO instrumentti Euroopan eteläisen observatorion (ESO) VLT observatoriossa Chilessä. Yhdistetyt tiedot vahvistivat neljännen eksoplaneetan olemassaolon.

“Se on todella jännittävä löytö — Barnardin tähti on kosminen naapurimme, ja silti tiedämme siitä niin vähän) sanoo Ritvik Basant, tohtoriopiskelija Chicagon yliopistossa ja tutkimusraportin ensimmäinen kirjoittaja, joka julkaistiin Astrophysical Journal Letters -tiedejulkaisussa. “Se merkitsee läpimurtoa edellisten sukupolvien uusien instrumenttien tarkkuudella”

Vasta löydetyt planeetat ovat mitä todennäköisimmin kiviplaneettoja. Tätä on kuitenkin vaikea varmuudella selvittää, sillä Maasta havaintosuunnan vuoksi planeetat eivät kulje tähden editse. Ylikulku on tavanomainen menetelmä eksoplaneettojen koostumuksen määrittämiseksi. Mutta muiden tähtien kiertoradoilla olevien samankaltaisten planeettojen tietojen avulla ryhmä pystyy tekemään parempia arvioita niiden ominaisuuksista. Tutkijoiden mukaan yksikään näistä uusista eksoplaneetoista ei sijaitse Barnadin tähden elokehällä.

Neljä planeettaa, joista kukin on vain noin 20 – 30% Maan massasta, ovat niin lähellä tähteään, että niiden kiertoajat ovat vain muutamien vuorokausien mittaisia. Neljäs planeetta on vähiten massiivinen planeetta, joka on tähän mennessä löydetty säteisnopeustekniikalla. Tiimi toivoo, että tämä käynnistää uuden aikakauden vähemmän massiivisten eksoplaneettojen etsimisessä.

Useimmat tähän mennessä löydetyt kiviplaneetat ovat paljon Maata massiivisempia, ja ne näyttävät olevan melko samanlaisia koko Linnunradassa. Mutta on syytä ajatella, että vähemmän massiivisilla eksoplaneetoilla on laajemmin vaihtelevia koostumuksia. Kun tutkijat löytävät enemmän niitä, he voivat alkaa kerätä lisää tietoa siitä, miten nämä planeetat muodostuvat ja mikä tekee niistä todennäköisesti elinkelpoisia olosuhteita.

MAROON-X on edelleen Gemini Northin vieraileva laitteisto. Koska se on erinomainen suorituskyky ja suosio käyttäjäyhteisön kanssa, sitä ollaan parhaillaan muuttamassa pysyvän laitoksen instrumentiksi.

 

Huomautuksia

[1] Meitä lähin tähtijärjestelmä on Proxima Centauri. Se on kolmesta toisiaan kiertävästä tähdestä koostuva järjestelmä.

Lähimmät tähdet

3D kaavio lähitähdistä. Katso puna-
vihreillä laseilla kuvaa, jolloin
näet sen 3D:nä. Kuva Wiki Commons.

Olet varmaan joskus miettinyt, että mitkä ovat Aurinkokuntaamme olevat lähimmät tähdet ja kuinka kaukana ne ovat? Tämä kysymys tulee aika usein yleisöltä tähtitornilla tähtinäytöksissä. Jos olet tähtiharrastajiin lukeutuva henkilö, osaat varmasti nimetä lähimmän tähden. Sehän on Alfa Kentaurin järjestelmään kuuluva Proxima Kentauri noin 4,2 valovuoden etäisyydellä.

Jatkokysymys ei olekaan aivan yhtä helppo: mikä on seuraavaksi lähin? Jos olet tavallista syvällisemmin perehtynyt harrastukseen, ehkä osaat nimetä Barnadin tähden Käärmeenkantajasta. Sehän on vain 5,9 valovuoden etäisyydellä. Valitettavasti se on hyvin pieni, massaltaan vain 0,144 auringonmassaa ja visuaaliselta kirkkaudeltaan noin 9,5^m, joten sen näkemiseen tarvitaan vähintäänkin kiikari ja tarkka tietämys sen paikasta tähtitaivaalla.

Tulevaisuudessa tilanne muuttuu merkittävästi. Noin kymmenentuhannen vuoden kuluttua Barnadin tähti on siirtynyt lähimmäksi tähdeksi hieman alle 4 valovuoden etäisyyteen. Tosin Prixima Kentauri ei luovuta toista sijaansa vaan sekin on siirtynyt hieman lähemmäksi, noin 3,5 valovuoden etäisyyteen. Vasta noin 25 000 vuoden kuluttua Alfa Kentauri tulee kaikkein lähimmäksi noin kolmen valovuoden etäisyyteen.

Vielä kaukaisemmassa tulevaisuudessa Alfa Kentaurikin menettää sijoituksensa lähitähtenä, sillä noin 30 000 vuoden kuluttua lähimmän tähden paikan ottaa Ross 248 niminen tähti Andromedan tähdistöstä. Tällä hetkellä se on noin 10,3 valovuoden etäisyydellä ja siitä tuleva valo näkyy vain 14,8^m kirkkaudella.

Tässä vaiheessa lukija varmasti jo kaipaisi tähtitaivaan kirkkainta ja hyvin tunnettua tähteä, Siriusta. Sen 8,5 valovuoden etäisyys kuitenkin oikeuttaa vasta seitsemänteen sijaan lähitähtien luettelossa. Sitä ennen sijoittuvat Luhman 16(A+B) (6,6 ly), WISE 0855_0714 (7,2 ly), Wolf 359 (7,7 ly) ja Lalande 21185 (8,3 ly). Jokainen näistä ovat sen verran himmetä tähtiä, että niiden näkeminen edellyttää vähintäänkin harrastajakaukoputkea.

Siriuksen jälkeen etäisyyden kasvaessa listalla on lukuisia himmeitä tähtiä ja vasta sijalla 17 on seuraava paljain silmin näkyvä 61 Cygni Joutsenen tähdistössä. Osa näistä himmeistä tähdistä on kaksois- ja jopa kolmoistähtiä, joten jos lasketaan yksittäisten tähtien sijoitusta, 61 Cygnin tähtikomponentit A ja B valtaavat paikat 22 ja 23.

On tietysti selvää, että etäisyyden kasvaessa himmeiden tähtien määrä kasvaa nopeammin kuin paljain silmin näkyvien tähtien määrä. Seuraava paljain silmin näkyvä on vasta sijalla 20 olevan kolmoistähti Epsilon Indi. Sen jälkeen tulee sijalla 22 Tau Ceti, joka jääkin viiden kymmenen lähitähden listalla viimeiseksi paljain silmin näkyväksi tähdeksi. Tähän listaan mahtuu 70 yksittäistä tähteä.