Saturnuksen massainen eksoplaneetta kiertää TWA7-tähteä

KAK – James Webb avaruusteleskoopilla on havaittu tähden TWA 7 (CE Antilae) kiertoradalta noin Saturnuksen massainen eksoplaneetta. Webbin MIRI-koronagrafissa peitettiin tähden kirkas valo, joka muutoin peittäisi alleen kirkkaimmatkin eksoplaneetat. Pettämällä tähti, voidaan valottaa kuvaa riittävän kauan, että jotta tähteä paljon himmeämmät planeetat kiertoradoilla tulevat näkyviin kuvissa. Tutkijat kutsuvat tätä menetelmää korkean kontrastin kuvantamiseksi. Tiettävästi tämä on ensimmäinen kerta, kun Webbiä on käytetty tällä tavoin menestyksekkäästi.

TWA 7-tähti on peitetty ja näkyy kuvassa mustana kiekkona. Eksoplaneetta TWA 7b on merkitty kuvaan (CC#1) ja bgd Star on taustalle oleva tähti. Kohteen bgd galaxy:n (taustalla oleva galaksi) pohjoispuolella (ylhäällä) oleva kirkastuma on kuvaan syntynyt artefakti, eikä ole todellinen kohde. Kuva Lagrange & All.

Planeetta, TWA 7b, kiertää tähteään noin 52 au:n etäisyydellä jäännöskiekossa omassa aukossaan. Planeettojen on arveltu syntyvän tähtien muodostumisen aikana niiden ympärille syntyneestä protoplanetaarisesta kiekosta (protoplanetary disks). Alkuvaiheessaan kiekko koostuu kaasuista ja pölystä. Planeettojen muodostuminen kuitenkin poistaa kiekosta kaasua ja pölykin muodostuu pienemmiksi tai isommiksi kappaleiksi (planetesimals). Myöhemmin isompien kappaleiden keskinäiset törmäykset tuottavat kiekkoon jonkin verran pölyä.

Kiekkoon syntyy aukkoja ja renkaita, jotka ovat liittyvät planeettojen syntyyn ja olemassaoloon. Planeetat voivat olla liian pienimassaisia näkyäkseen nykytekniikalla mutta teknisen kehityksen myötä havaintolaitteemme tulevat herkemmiksi ja niiden erotuskyky paranee, joten ne ennen pitkään havaitaan. Näin kävi tässäkin tapauksessa, tähden TWA 7 ympäriltä oli havaittu jo aikaisemmin jäännöskiekko mm. Hubblen Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) -laitteella.

Tällaista myöhemmän vaiheen kiekkoa kutsutaan jäännöskiekoksi (debris disks). Syntyneet planeetat muokkaavat jäännöskiekkoa gravitaatiollaan, jolloin siihen syntyy aukkoja. TWA 7:n ympäröivässä kiekosta on havaittu kolme aukkoa, jotka viittaavat useampaan eksoplaneettaan, josta nyt havaittu TWA 7b on ilmeisesti massiivisin, noin 0,3M_J. Tähden ja planeetan iäksi on arvioitu 6,4 miljoonaa vuotta ja tähden massa on noin 0,46M_☉. Tähden spektriluokka on M, eli pieni punainen kääpiötähti.

Jäännöskiekon kirkkain kohta on noin 28 au etäisyydellä tähdestä ja kiekko ulottuu noin 100 au:n etäisyyteen. Kiekkoa on havaittu aikaisemin VLT:n Spectro-Polarimetic High Contrast Imager for Exoplanets Research (SPHERE) -laitteistolla. Toistaiseksi kiekosta ei ole havaittu muita planeettoja kuin TWA 7b.

Havainto tuore, sillä kuva siitä otettiin 21.6.2024. Tutkimusryhmä, johtajanaan A.–M. Lagrange (LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS, Meudon, France) julkaisi raportin Nature:ssa 25.6.2025 ja se on vapaasti luettavissa.

Lagrange, AM., Wilkinson, C., Mâlin, M. et al. Evidence for a sub-Jovian planet in the young TWA 7 disk . Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09150-4

 

Planetaarinen kiekko Suuren Magellanin pilven tähdellä

 Tähtitieteilijät ovat tehneet merkittävän löydön havaitessaan naapurigalaksi Suuressa Magellanin pilvessä planetaarisen kiekon nuoren tähden ympäriltä. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun galaksimme ulkopuolelta on löydetty materiakiekko, joka on identtinen omien Linnunratamme planeettoja muodostavien kiekkojen kanssa. Havainto tehtiin Chilessä sijaitsevalla Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -teleskooppiverkostolla (ALMA), jonka yhteistyökumppani Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on.

 

Taiteilijan näkemys kiekosta ja suihkusta nuoressa tähtisysteemissä HH 1177. Kuva ESO.

"Kun näin ALMA:n datassa ensimmäisen kerran todisteita pyörivästä rakenteesta, en voinut uskoa, että olimme havainneet ensimmäisen ekstragalaktisen kertymäkiekon. Se oli aivan erityinen hetki", sanoi Anna McLeod, Durhamin yliopiston apulaisprofessori Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja tänään Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. "Tiedämme, että kiekot ovat omassa galaksissamme ehdottoman tärkeitä tähtien ja planeettojen muodostumiselle, ja nyt näemme ensimmäistä kertaa suoran todisteen tästä toisessa galaksissa". 

Tutkimus on jatkoa ESO:n VLT-teleskoopin MUSE-instrumentilla (Multi Unit Spectroscopic Explorer) tehdyille havainnoille, joissa muodostumassa olevasta tähdestä havaittiin suihku. Järjestelmä sai nimekseen HH 1177, ja se sijatsee syvällä Suuren Magellanin pilven kaasupilven sisällä. "Löysimme tästä nuoresta massiivisesta tähdestä lähtevän suihkun, ja sen olemassaolo on merkki järjestelmässä tapahtuvasta kiekon kasvamisesta", McLeod sanoi. Varmistaakseen, että tällainen kiekko todella on olemassa, tutkimusryhmän oli mitattava tähden ympärillä olevan tiheän kaasun liikettä.

Aineen kulkeutuessa kasvavaa tähteä kohti, se muodostaa litteän ja pyörivän kiekon tähden ympärille. Lähempänä keskustaa kiekko pyörii nopeammin, ja juuri tämä nopeusero on tähtitieteilijöille merkkinä siitä, että kyseessä on nimenomaan kertymäkiekko.

"Valon taajuus muuttuu sen mukaan, kuinka nopeasti valoa säteilevä kaasu liikkuu meitä kohti tai meistä poispäin", selitti Jonathan Henshaw, brittiläisen Liverpool John Mooresin yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen kirjoittajista. Kyseinen on nimeltään Dopler-ilmiö ja sitä hyödynnetään laajasti erilaisten nopeuksien havaitsemiseen.

Tarkkojen ALMA:n taajuusmittausten avulla tutkijat pystyivät erottamaan kiekoille tyypillisen pyörimisen, mikä vahvisti havaitun ensimmäisen ekstragalaktisen nuoren tähden ympärillä olevan planetaarisen kiekon olevan todellinen.

Havaitun kaltaiset massiiviset tähdet muodostuvat ja kehittyvät paljon nopeammin kuin auringonkaltaiset pienimassaiset tähdet. Meidän galaksissamme näitä massiivisia tähtiä on tunnetusti vaikea havaita. Usein pölyinen materia, josta ne muodostuvat kiekon muodostuessa niiden ympärille, peittää ne näkyvistä. 160 000 valovuoden päässä sijaitsevassa Suuressa Magellanin pilvessä materia, josta uudet tähdet syntyvät, on kuitenkin hyvin erilaista kuin Linnunradassa. Pienemmän pölypitoisuuden ansiosta HH 1177 ei enää ole piilossa syntykotelossaan, mikä antaa tähtitieteilijöille esteettömän, joskin kaukaisen näkymän tähtien ja planeettojen muodostumiseen.

"Elämme tähtitieteen laitteiden osalta nopean teknologisen kehityksen aikakautta", McLeod sanoi. "On hyvin jännittävää, että voimme tutkia, miten tähdet muodostuvat niin uskomattomilla etäisyyksillä eri galaksissa".

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “A likely Keplerian disk feeding an optically revealed massive young star”, joka julkaistaan Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06790-2) lehdessä. Kiekkoa havaittiin Suuren Magellanin pilven alueella nimeltään LHA 120-N 180B, jota on käsitelty aikaisemmassa ESO:n lehdistötiedotteessa "Vastasyntyneiden tähtien muodostamia kuplia".