Pitkään odotettu havainto: Betelgeusella on kumppani

KAK – NOIRLab tiedote 21.7.2025 – Tähtitieteilijät ovat löytäneet tähden, joka kiertää uskomattoman tiukasti Betelgeusesta käyttäen NASAn ja Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön rahoittamaa Alopeke-instrumenttia Gemini North -observatoriossa ^[3]. Tämä löytö ratkaisee pitkään jatkuneen mysteerin tähden vaihtelevasta kirkkaudesta ja tarjoaa tietoa muiden muuttuvien punaisten superjättiläisten taustalla olevista fysikaalisista mekanismeista.

Tässä valokuvassa Betelegeusen kumppanitähti näkyy sinisenä läikkänä. Vaikka kuva näyttääkin piirrokselta, se on kuitenkin oikea valokuva.
Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA. Image Processing: M. Zamani (NSF NOIRLab).

Betelgeuse on yksi yötaivaan kirkkaimmista tähdistä ja Maata lähin punainen superjättiläinen. Sen tilavuus on valtava, sillä sen säde on noin 700-kertainen kuin Auringon. Tähden ikä on noin kymmenen miljoonaa vuotta. Ihmiset ovat havainneet Betelgeusea Orionin tähdistön olkapäässä paljain silmin jo vuosituhansien ajan ja huomanneet, että tähden kirkkaus muuttuu ajan myötä. Tähtitieteilijät ovat havainneet, että Betelgeusella on noin 400 vuorokauden päävaihtelujakso ja pidempi, noin kuuden vuoden pituinen toissijainen jakso.

Vuosina 2019 ja 2020 Betelgeusen kirkkaus väheni jyrkästi. Tapahtumaa kutsutaan nimellä "Suuri himmennys". Tapahtuma sai jotkut uskomaan, että tähti on muuttumassa supernovaksi nopeasti lähestymässä, mutta tutkijat pystyivät toteamaan, että himmeneminen johtui itse asiassa Betelgeusesta sinkoutuneesta suuresta pölypilvestä.

Suuren himmennyksen mysteeri ratkesi, mutta tapahtuma herätti uuden kiinnostuksen Betelgeusen tutkimiseen, mikä johti tähden arkistotietojen uusiin analyyseihin. Eräs analyysi sai tutkijat ehdottamaan, että Betelgeusen kuuden vuoden vaihtelun syy on kumppanin olemassaolo ^[1]. Mutta kun Hubble-avaruusteleskooppi ja Chandra-röntgensäteilyobservatorio etsivät tätä kumppania, havaintoja siitä ei tehty.

Speckle-kuvaus on tähtitieteellinen kuvaustekniikka, jossa käytetään hyvin lyhyitä valotusaikoja Maan ilmakehän aiheuttamien vääristymien poistamiseksi kuvista. Tämä tekniikka mahdollistaa korkean resoluution, ja kun se yhdistetään Gemini Northin 8,1 metrin peilin valonkeräystehoon, Betelgeusen himmeä seuralainen voitiin havaita suoraan.

Seuratähden valon analyysin avulla vanhempi tutkija Steve Howell ja hänen ryhmänsä pystyivät määrittämään kumppanin ominaisuudet. He havaitsivat, että se on optisella aallonpituusalueella kuusi magnitudia himmeämmäksi kuin mitä Betelgeuse on, että sen arvioitu massa on noin 1,5 kertaa suurempi kuin Auringon massa ja että se näyttää olevan A- tai B-tyypin esi-pääsarjan tähti, siis hyvin kuuma ja sinivalkoinen tähti, jonka ytimessä vedyn fuusio ei ole vielä alkanut.

"Gemini Northin kyky saavuttaa suuri kulmatarkkuus ja terävät kontrastit mahdollistivat Betelgeusen seuralaisen suoran havaitsemisen", Howell sanoo. Lisäksi hän selittää, että "Alopeke teki sen, mitä mikään muu teleskooppi ei ole aiemmin tehnyt."

Tämä havainto antaa selkeämmän kuvan Betelgeusen (punaisen superjättiläinen) aikaisemmasta kehityksestä ja tulevista tapahtumista. Betelgeuse ja sen seurantatähti syntyivät todennäköisesti samaan aikaan. Kumppanin kehityskaari jäänee lyhyeksi, sillä voimakkaat vuorovesivoimat saavat sen kierteisesti syöksymään Betelgeuseen ja tuhoutumaan, minkä tutkijat arvioivat tapahtuvan seuraavien 10 000 vuoden aikana.

Havainto auttaa myös selittämään, miksi samankaltaisten punaisten superjättiläistähtien kirkkaudessa saattaa tapahtua jaksottaisia muutoksia useiden vuosien mittaisella aikavälillä. Howell kertoo toivovansa lisätutkimuksia tällä alalla: "Tämä havainto oli äärirajoilla siitä, mitä Geminillä voidaan tehdä korkean kulmatarkkuuden kuvauksen osalta, ja se onnistui. Tämä avaa nyt oven muille samanlaisille havaintoharrastuksille."

Gemin North observatorio Havajilla. Kuva International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Chu

Martin Still, NSF:n kansainvälisen Gemini-observatorion ohjelmajohtaja lisää: "Kansainvälisen Gemini-observatorion tarjoamat speckle-ominaisuudet ovat edelleen vaikuttava työkalu, joka on avoin kaikille tähtitieteilijöille monenlaisiin tähtitieteen sovelluksiin. Satoja vuosia kestäneen Betelgeuse-ongelman ratkaisun toimittaminen jää mieleenpainuvaksi huippusaavutukseksi."

Toinen tilaisuus tutkia Betelgeuseksen kumppania tarjoutuu marraskuussa 2027, kun se on suurimmalla etäisyydellä Betelgeusesta ja on siten helpoin havaittavissa. Howell ja hänen tutkimusryhmänsä odottavat innolla Betelgeusesta tehtäviä havaintoja ennen tätä tapahtumaa ja sen aikana, jotta seuralaisen luonne voitaisiin määritellä paremmin.

 

Viitteet

[1] Kahdessa vuonna 2024 julkaistussa julkaisussa käytettiin vuosikymmenten havaintoja Betelgeusesta monilta tarkkailijoilta eri puolilta maailmaa ennustamaan seurantatähden kiertorata ja sijainti, vaikka sitä ei havaittu suoraan (ks. DOI: 10.3847/1538-4357/ad93c8 ja DOI: 10.3847/1538-4357/ad87f4).

[2] Tutkimus esitellään artikkelissa "Probable Direct Imaging Discovery of the Stellar Companion to Betelgeuse", joka ilmestyy The Astrophysical Journal Letters -lehdessä 24. heinäkuuta. DOI: 10.3847/2041-8213/adeaaf.

[3] Gemini North on Maunakea:lla (Havaiji) sijaitseva kansainvälisen Gemini-observatorion 8,1 m -teleskooppi. Geminillä on toinen samalainen teleskooppi Gemini South Cerro Pachó:lla Chilessä. Gemini-observatorio osittain NSF:n rahoittama ja NSF NOIRLab:n ylläpitämä.

 

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.