Helium-ilmakehä supermaa-eksoplaneetalla

KAK – Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa havainneet ilmakehän kiviplaneetalla, joka sijaitsee tähtensä elinkelpoisella vyöhykkeellä. Kyseessä on eksoplaneetta LHS 1140 b, joka kiertää punaista kääpiötähteä noin 50 valovuoden päässä Maasta.

LHS 1140 b on niin sanottu supermaapallo: sen massa on yli viisinkertainen Maahan verrattuna ja säde noin 1,7 kertaa suurempi. Havaintojen perusteella sillä on kivinen rakenne sekä ohut, pääosin heliumista koostuva ilmakehä. Planeetta saattaa sisältää myös vettä, sillä sen kiertorata sijaitsee tähden elinkelpoisella vyöhykkeellä.

Eksoplaneetan ilmakehää voidaan havaita ylikulun aikana spektrografisesti. Tähdestä mitattua spektrijä verrataan ennen ja ylikulun aikana, jolloin niiden erot paljastavat eksoplaneetan mahdollisen ilmakehän ja sen koostumuksen. Kuva NASA:n Ames-tutkimuskeskus.

Tutkijat havaitsivat (i) planeetan yläilmakehää analysoimalla tähden valoa ylikulun aikana. Ilmakehä absorboi tiettyjä valon aallonpituuksia, mikä paljasti heliumin esiintymisen. Tutkijat havaitsivat myös, että planeetan yläilmakehästä karkaa heliumia avaruuteen noin 100 000 kg/s (ii) . Tämä heliumin karkaaminen on ensimmäinen suora todiste siitä, että LHS 1140 b:llä on ilmakehä.

Tutkijoiden kehittämien mallien mukaan ilmakehä voi olla suurelta osin heliumia, koska alkuperäinen vety on karannut avaruuteen miljardien vuosien aikana. Tätä heliumvaltaisuutta ei kuitenkaan ole vielä voitu suoraan vahvistaa havainnoilla.

Löytö on merkittävä, koska tähän asti ilmakehiä on onnistuttu havaitsemaan vain suurilla kaasujättiläisillä tai erittäin kuumilla planeetoilla – ei kiviplaneetoilla, jotka sijaitsevat elinkelpoisella vyöhykkeellä.

Tutkimus viittaa siihen, että LHS 1140 b on onnistunut säilyttämään ilmakehänsä yli kolmen miljardin vuoden ajan, vaikka punaisten kääpiötähtien voimakas säteily yleensä kuluttaa planeettojen ilmakehiä. Seuraavaksi tutkijat aikovat selvittää tarkemmin, voisiko planeetalla olla meriä tai muita elämälle suotuisia olosuhteita.

Löytö osoittaa myös, että maanpäällisillä teleskoopeilla voidaan tehdä merkittäviä havaintoja eksoplaneettojen ilmakehistä, eikä pelkästään avaruusteleskoopeilla kuten James Webb -teleskoopilla.

___ 

i Tutkimus on julkaistu Science -lehdessä ja on luettavissa AAAS:n EurekAlert sivulla (16.7.2026)

ii 100 000 kg/s vaikuttaa suurelta määrältä, mutta planeetan mittakaavassa se on melko pieni vuoto. Nykyisellä nopeudella heliumilmakehä ei katoa nopeasti, ja juuri siksi tutkijat päättelevät, että planeetta on kyennyt säilyttämään ilmakehänsä miljardien vuosien ajan. Suurin osa vedyn ja mahdollisesti myös heliumin menetyksestä tapahtui todennäköisesti miljardeja vuosia sitten, jolloin säteily oli huomattavasti voimakkaampaa.

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

 

Eksoplaneetta 2M1510b kohtisuoralla kiertoradalla

Huhtikuun 16. 2025 ESOn astronomit ilmoittivat löytäneensä ^[1] eksoplaneetan, joka kiertää ruskeiden kääpiöiden ^[2] muodostamaa kaksoistähtijärjestelmää lähes 90 asteen kulmassa tähtien ratatasoon nähden. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen kiertorata on havaittu, mikä tekee löydöstä erityisen merkittävän. Havainto tehtiin Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (VLT) -kaukoputkella.

Tämä on taiteilijan näkemys eksoplaneetta 2M1510 (AB) b:n epätavallisesta kiertoradasta sen isäntätähden, eli kahden ruskean kääpiön muodostaman parin, kiertoradalla. Vastikään löydetyn planeetan rata on polaarinen, eli kohtisuorassa siihen ratatasoon nähden, jossa kaksi tähteä liikkuvat.

Yksittäisten tähtien ympäriltä on löydetty jo aiemmin polaarisia planeettoja, samoin kuin kaasun ja pölyn polaarikiekkoja, joista kaksoistähtien kiertoradoille voi muodostua planeettoja. ESO:n Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputken ansiosta meillä on kuitenkin nyt ensimmäistä kertaa näyttöä siitä, että tällainen planeetta todella on olemassa napakiertoradalla kahden tähden järjestelmässä.

Nämä kaksi ruskeaa kääpiötä näkyvät taivaalla yhtenä ainoana kohteena, mutta tähtitieteilijät tietävät, että niitä on kaksi, koska ne pimentävät ajoittain toisiaan. VLT:n UVES-spektrografilla he mittasivat niiden kiertonopeuden ja huomasivat, että niiden kiertoradat muuttuvat vähitellen. Kun muut selitykset oli suljettu huolellisesti pois, he päättelivät, että polaariradalla olevan planeetan gravitaatio on ainoa tapa selittää havaittu ruskeiden kääpiöiden liike.

Kuva: ESO/L. Calçada.

Tähtijärjestelmä 2M1510 sijaitsee Vaa’an -tähdistössä noin 120 valovuoden etäisyydellä Maasta. Järjestelmä koostuu kolmesta ruskeasta kääpiöstä: sisemmästä kaksoisjärjestelmästä 2M1510Aa ja 2M1510Ab, jotka kiertävät toisiaan 20,9 päivän välein, sekä ulommasta kumppanista 2M1510B, joka kiertää sisempää paria noin 250 au:n etäisyydeltä. Järjestelmä kuuluu nuoreen, noin 45 miljoonan vuoden ikäiseen Argus-liikkuvaan ryhmään, mikä viittaa sen nuoreen ikään.

Uusimmat havainnot paljastivat eksoplaneetan, nimeltään 2M1510b, joka kiertää sisempää kaksoisjärjestelmää lähes kohtisuorassa sen ratatasoon nähden. Tämä "polaarinen" kiertorata on ensimmäinen laatuaan, ja se haastaa nykyiset käsitykset planeettojen muodostumisesta ja dynamiikasta. Planeetan massa ja kiertoaika eivät ole vielä tarkasti määritettyjä, mutta alustavat arviot viittaavat siihen, että sen massa voisi olla yli 10 Jupiterin massaa ja kiertoaika noin 100 – 400 vuorokautta. Havainnot ja tutkimukset edelleen jatkuvat näiltä osin.

Vaikka viime vuosina on löydetty useita kaksoistähtiä kiertäviä eksoplaneettoja, niin tämä on ensimmäinen tunnettu tapaus, jossa eksoplaneetta kiertää kaksoistähtijärjestelmää lähes kohtisuorassa sen ratatasoon nähden. Joitain viitteitä ”polaariradoista” on aikaisemmin havaittu esimerkiksi pölykiekkoja tällaisilla radoilla. Selkeä näyttä on kuitenkin puuttunut.

Näin ollen löytö haastaa nykyiset mallit planeettojen muodostumisesta, jotka yleensä olettavat, että planeetat muodostuvat samassa tasossa kuin niiden isäntästarat. Lisäksi tähtijärjestelmä tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia planeettojen dynamiikkaa ja vuorovaikutuksia monimutkaisissa tähtijärjestelmissä.

Jatkotutkimukset, kuten pimennysajankohdan vaihteluiden (ETV) seuranta ja astrometriset mittaukset, ovat suunnitteilla vahvistamaan planeetan olemassaolon ja määrittämään sen tarkemmat ominaisuudet. Suora kuvaaminen ei todennäköisesti ole riittävän herkkä havaitsemaan 2M1510b:tä, mutta se voisi paljastaa muita mahdollisia planeettoja järjestelmässä.

Taustaa

Planeettojen oletetaan syntyvän samasta kiekosta kaasua ja pölyä kuin tähdet, joten niiden kiertoradat ovat normaalisti samassa tasossa kuin emotähtensä pyörimisliike. Kun planeetta löytyy melkein kohtisuorasta kiertoradalta kaksoistähtiparia nähden, se rikkoo tätä mallia. Mutta miten näin voi tapahtua? Varmaa vastausta on vaikea tässä vaiheessa antaa mutta vaihtoehtoja radan syntymiselle tai planeetan päätyminen tällaiselle ”polaariradalle” on useita:

1. Kozai–Lidov-resonanssi

Jos järjestelmässä on ulompi kolmas tähti – kuten 2M1510-järjestelmässä on – se voi gravitaation avulla "keikuttaa" sisemmän planeetan rataa. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä Kozai–Lidov-resonanssi. Se saa planeetan kiertoradan kallistuskulman ja eksentrisyyden muuttumaan ajan myötä. Pitkän ajan kuluessa planeetta voi päätyä voimakkaasti kallistuneelle, jopa lähes kohtisuoralle radalle.

Tämä vaatii paljon aikaa, mutta 2M1510 on vielä nuori (noin 45 miljoonaa vuotta), joten tämä prosessi voi olla vielä käynnissä tai juuri saanut aikaan nykytilan.

2. Muodostuminen "väärässä" kiekossa

Toinen mahdollisuus on, että planeetta ei syntynytkään tavallisessa protoplanetaarisessa kiekossa. Jos tähdet ovat muodostuneet kaoottisesti esimerkiksi yhteensulautumisen kautta, kaasu- ja pölykiekko voi olla alkujaan vinossa suhteessa tähtien ratoihin. Tällöin myös siitä syntyvä planeetta voi automaattisesti päätyä voimakkaasti kallistuneeseen kiertorataan – se ei olisi siis tullut käännetyksi vaan syntynyt valmiiksi vinossa.

3. Dynaamiset häiriöt syntymän jälkeen

Kolmas vaihtoehto on, että planeetta syntyi tavanomaisella radalla, mutta sen rata muuttui myöhemmin. Syitä muutokseen voisi olla törmäys tai läheltä piti -tilanne toisen massiivisen kappaleen kanssa. Myös (gravitaatio)vuorovaikutus toisten planeettojen tai tähden kanssa muuttaisi ratatason kaltevuutta.

Olipa kaltevan radan syy mikä tahansa, niin useimmat tällaiset poikkeavat radat ovat epävakaita, ja planeetta joko törmää tähtiinsä tai sinkoutuu ulos järjestelmästä. Jos ja kun näemme tällaisen ratakuvion, se on joko tilapäinen (ja ratataso muuttuu vielä myöhemmin), tai erikoisen vakaa (esim. tietynlainen resonanssi pitää sen kasassa), tai juuri sopivalla hetkellä havaittu: universumin aikaskaalassa 45 miljoonaa vuotta on "vauvaikä".

 

Viitteet

1. Science Advances -lehdessä otsikolla “Evidence for a polar circumbinary exoplanet orbiting a pair of eclipsing brown dwarfs. Pääkirjoittaja ja tutkimusryhmän vetäjä on Thomas Baycroft, Birminghamin yliopiston tohtorikoulutettava.

2.  Ruskeat kääpiöt ovat kaasujättiläisplaneettoja suurempia mutta liian pieniä ollakseen varsinaisia tähtiä. Massan yläraja on noin 80 Jupiterin massan tienoilla. Niiden ytimessä ei esiinny vedyn fuusioita, joskin lyhyen aikaa kaikkein massiivisimmissa tähdissä voi esiintyä deuteriumin fuusio. 

Tähtipari muodostaa pimennysmuuttujan, jossa näemme tähdet lähes niiden ratatason suunnasta. Pimentyminen tapahtuu silloin kun toinen tähti peittää toisen. Tähtiparin löysi professori Amaury Triaud’n (Birminghamin yliopisto) tutkimusryhmä vuonna 2018. Hän osallistui myös nyt julkaistuun tutkimukseen. Tähtiparin jatkotutkimukset tuottavat nyt raportoidun löydön ja sitä voidaan pitää sattumalöytönä, sillä eksoplaneettaa ei aktiivisesti etsitty tähtijärjestelmästä.

 

 

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.

Webb kuvasi uuden eksoplaneetan 12 valovuoden etäisyydeltä

ESA

NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppia käyttävä kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on kuvannut suoraan eksoplaneetan noin 12 valovuoden etäisyydeltä Maasta. Vaikka aikaisemmin oli vihjeitä planeetan olemassaolosta, sitä ei vahvistettu ennen kuin Webb kuvasi sen. Planeetta on yksi kylmimmistä tähän mennessä havaituista eksoplaneetoista.

Planeetta, joka tunnetaan nimellä Epsilon Indi Ab, on useita kertoja Jupiterin massainen ja kiertää K-tyypin Epsilon Indi A (Eps Ind A) tähteä, joka on suunnilleen Auringon ikäinen, mutta hieman viileämpi. Tiimi tarkkaili Epsilon Indi Ab:ta käyttämällä Webbin  MIRI:n ( mid-Infrared Instrument ) koronagrafia. Vain muutamia kymmeniä eksoplaneettoja on aiemmin kuvattu suoraan avaruudessa ja maassa sijaitsevilla observatorioilla.

Exoplaneetta Epsilon Indi Ab (MIRI-kuva). Eksoplaneetta on oranssi pallukka ja itse Epsilon Indi A -tähti on peitetty Webbi toimiessa koronagrafina kuvaa otetaessa. Kuva ESA.

"Tämä löytö on jännittävä, koska planeetta on melko samanlainen kuin Jupiter - se on hieman lämpimämpi ja massiivisempi, mutta muistuttaa enemmän Jupiteria kuin mikään muu planeetta, joka on kuvattu tähän mennessä", sanoi johtava kirjailija Elisabeth Matthews (Max Planckin tähtitieteen instituutti, Saksa).

"Aiemmat havainnot tästä järjestelmästä ovat olleet epäsuoria mittauksia tähdestä, mikä antoi meille mahdollisuuden nähdä etukäteen, että tässä järjestelmässä oli todennäköisesti jättimäinen planeetta, joka veti tähtiä", lisäsi ryhmän jäsen Caroline Morley (Texasin yliopisto, Austin, Yhdysvallat). "Siksi tiimimme valitsi tämän järjestelmän tarkkaillakseen sitä Webbillä."

 

Aurinkokunnan analogia?

Aikaisemmin kuvatut eksoplaneetat ovat yleensä nuorimpia, kuumimpia eksoplaneettoja, jotka säteilevät edelleen suuren osan syntyhetkessään olevasta energiasta. Kun planeetat jäähtyvät ja supistuvat kehityskaarensa aikana, ne muuttuvat huomattavasti himmeämmiksi ja siksi niitä on vaikeampi kuvata.

"Kylmät planeetat ovat hyvin himmeitä, ja suurin osa niiden säteilystä on keski-infrapunassa", Elisabeth selitti. "Web soveltuu ihanteellisesti keski-infrapunakuvaukseen, jota on erittäin vaikea tehdä Maan pinnalta. Tarvitsimme myös hyvän spatiaalisen resoluution erottaaksemme planeetan ja tähden kuvissamme, ja suuri Webb-peili on erittäin hyödyllinen tässä suhteessa.

Epsilon Indi Ab on yksi kylmimmistä suoraan havaittavista eksoplaneetoista, sen arvioitu lämpötila on 2 celsiusastetta – kylmempi kuin mikään muu Aurinkokuntamme ulkopuolella kuvattu planeetta ja kylmempi kuin kaikki paitsi yksi vapaasti kelluva ruskea kääpiö^[1] . Planeetta on vain noin 100 celsiusastetta lämpimämpi kuin Aurinkokuntamme kaasujättiläiset (Jupiter ja Saturnus). Tämä tarjoaa astronomeille harvinaisen mahdollisuuden tutkia Aurinkokunnan todellisten analogien ilmakehien koostumuksia.

 

Ei aivan kuten ennustettiin

Epsilon Indi Ab on kahdestoista lähin Maata tähän mennessä tunnettu eksoplaneetta ja lähin Jupiteria massiivisempi planeetta. Tiederyhmä päätti tutkia Eps Ind A:ta, koska järjestelmä osoitti vihjeitä mahdollisesta planeetasta käyttämällä radiaalinopeudeksi kutsuttua tekniikkaa, jossa mitataan isäntätähden edestakaisia heilahtelut näkösäteemme suhteen.

"Vaikka odotimme kuvaavamme planeetan tässä järjestelmässä, koska sen olemassaolosta oli merkkejä säteittäisnopeudesta, löytämämme planeetta ei ole se, mitä olimme ennustaneet", Elisabeth kertoi.

Se on noin kaksi kertaa niin massiivinen, että se on hieman kauempana tähdestä, ja sen kiertorata on erilainen kuin odotimme. Tämän ristiriidan syy on edelleen avoin kysymys. Myös planeetan ilmakehä näyttää olevan hieman erilainen kuin mallien ennusteet. Toistaiseksi meillä on vain muutama fotometrinen mittaus ilmakehästä, mikä tarkoittaa, että on vaikea tehdä johtopäätöksiä, mutta planeetta on odotettua himmeämpi lyhyemmillä aallonpituuksilla.

Tiimi uskoo, että tämä voi tarkoittaa, että planeetan ilmakehässä on paljon metaania, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia, jotka absorboivat lyhyempiä valon aallonpituuksia. Se saattaa myös viitata hyvin pilviseen ilmakehään.

Eksoplaneettojen suora kuvantaminen on erityisen arvokasta karakterisoinnin kannalta. Tutkijat voivat kerätä valoa suoraan havaitulta planeetalta ja verrata sen kirkkautta eri aallonpituuksilla. Toistaiseksi tutkimusryhmä on havainnut Epsilon Indi Ab:n vain muutamilla aallonpituuksilla, mutta he toivovat voivansa havaita planeettaa uudelleen Webbillä suorittaakseen sekä fotometrisiä [2] että spektroskooppisia mittauksia. He toivovat myös pystyvänsä havaitsemaan muita samanlaisia ​​planeettoja Webbin avulla löytääkseen mahdollisia kehityskulkuja tällaisten planeettojen ja niiden ilmakehän muodostumisesta.

Huomautuksia

Tutkimus on julkaistu tiedejulkaisu Naturessa (maksumuuri) 24.7.2024.

[1] Ruskea kääpiö, joka tunnetaan nimellä Wise 0855, löydettiin vuonna 2014.

[2] Fotometria on tiedettä, joka mittaa tähdestä tulevan valon määrää.

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.

 

Raskain tähän mennessä löydetty alkuaine eksoplaneetan ilmakehässä

eso2213 — Tiedejulkaisu

Tähtitieteilijät ovat löytäneet Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) avulla eksoplaneetan ilmakehästä raskaimman toistaiseksi löydetyn alkuaineen - bariumin. Bariumin löytyminen korkealta erittäin kuumien kaasujättiläisten WASP-76 b ja WASP-121 b ilmakehistä oli yllätys. Nämä kaksi eksoplaneettaa ovat Aurinkokuntamme ulkopuolella tähtien kiertoradoilla olevia planeettoja. Tämä odottamaton löytö herättää kysymyksiä siitä, millaisia nämä eksoottiset ilmakehät voisivat olla.

Tässä taiteilijan tekemässä kuvassa näkyy erittäin kuuma aurinkokuntamme ulkopuolella oleva eksoplaneetta siirtymässä emotähtensä eteen. Kun tähden valo kulkee planeetan ilmakehän läpi, se suodattuu kulkiessaan kaasumaisen kerroksen alkuaineiden ja molekyylien läpi. Näiden alkuaineiden ja molekyylien aiheuttamat sormenjäljet voidaan havaita herkillä instrumenteilla maapallolta. Kuva ESO/M. Kornmesser.

"Hämmentävää on se, että miksi näiden planeettojen ilmakehän ylemmissä kerroksissa on niin raskaita alkuainetta?" sanoo Tomás Azevedo Silva, Porton yliopiston ja portugalilaisen Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaçon (IA) tohtoriopiskelija, joka johti tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistua tutkimusta.

WASP-76 b ja WASP-121 b eivät ole tavallisia eksoplaneettoja. Molemmat tunnetaan erittäin kuumina jupitereina, koska ne ovat kooltaan verrattavissa Jupiteriin. Niiden pintalämpötilat ovat erittäin korkeita, yli 1000 °C. Tämä johtuu niiden läheisyydestä isäntätähtiensä kanssa, mikä tarkoittaa myös sitä, että kiertorata kunkin tähden ympäri kestää vain yhdestä kahteen vuorokautta. Tämä tekee planeetoista melko eksoottisia, esimerkiksi WASP-76 b:ssä tähtitieteilijät epäilevät sateen olevan rautaa.

Mutta silti tutkijat yllättyivät löytäessään bariumia, joka on 2,5 kertaa raskaampaa kuin rauta, WASP-76 b:n ja WASP-121 b:n yläilmakehistä. "Planeettojen suuren gravitaation vuoksi odotimme raskaiden alkuaineiden, kuten bariumin putoavan nopeasti ilmakehän alempiin kerroksiin", selittää toinen kirjoittaja Olivier Demangeon, tutkija myös Porton yliopistosta ja IA:sta.

"Tämä oli tavallaan "vahingossa" tehty löytö”, Azevedo Silva sanoo. "Emme odottaneet tai etsineet erityisesti bariumia, ja meidän piti tarkistaa, että se todella oli peräisin planeetalta, koska sitä ei ollut koskaan aiemmin nähty missään eksoplaneetassa.”

Se tosiasia, että bariumia havaittiin näiden molempien ultrakuumien jupiterien ilmakehissä, viittaa siihen, että tämä planeettaluokka saattaa olla vieläkin oudompia kuin aiemmin ajateltiin. Vaikka näemme joskus omalla taivaallamme bariumia ilotulitteiden kirkkaanvihreänä värinä, tiedemiehille kysymys on, mikä luonnollinen prosessi voisi saada tämän raskaan alkuaineen olemaan niin korkealla näillä eksoplaneetoilla. "Tällä hetkellä emme ole varmoja, mitkä mekanismit taustalla ovat", Demangeon selittää.

Tämä kuva esittää näkymän eksoplaneetta WASP-76 b:n yöpuolta. Erittäin kuumalla jättiläiseksoplaneetalla on päiväpuoli, jossa lämpötilat nousevat yli 2400 celsiusasteen, joka on riittävän korkea jopa metallien höyrystämiseen. Voimakkaat tuulet kuljettavat rautahöyryä viileämmän yön puolelle, jossa se tiivistyy rautapisaroiksi. Kuvan vasemmalla puolella näemme eksoplaneetan iltarajan, jossa näkymä siirtyy päivästä yöhön. Kuva ESO/M. Kornmesser.

Eksoplaneettojen ilmakehien tutkimuksessa erittäin kuumat jupiterit ovat erittäin hyödyllisiä. Kuten Demangeon selittää: "Kaasumaisena ja kuumana niiden ilmakehät ovat hyvin laajoja, joten niitä on helpompi havaita ja tutkia kuin pienempien tai viileämpien planeettojen ilmakehiä."

Eksoplaneetan ilmakehän koostumuksen määrittäminen vaatii hyvin erikoistuneita laitteita. Ryhmä käytti ESPRESSO -instrumenttia ESO:n VLT:ssä Chilessä analysoidakseen tähtivaloa, joka oli suodattunut WASP-76 b:n ja WASP-121 b:n ilmakehien läpi. Tämä mahdollisti useiden alkuaineiden selkeän havaitsemisen niissä, mukaan lukien barium.

Nämä uudet tulokset osoittavat, että olemme vain raapaisseet eksoplaneettojen mysteerien pintaa. Tulevaisuuden instrumenteilla, kuten korkean resoluution ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), joka toimii ESO:n tulevassa Extremely Large Telescopessa (ELT), tähtitieteilijät voivat havaita suurten ja pienten eksoplaneettojen, mukaan lukien Maan kaltaisten kiviplaneettojen ilmakehiä paljon syvemmältä ja kerätä lisää vihjeitä näiden outojen maailmojen ominaisuuksista.

Tämä tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics -julkaisussa "Bariumin havaitseminen ultrakuumakaasujättiläisten WASP-76b ja WASP-121b ilmakehissä" (doi: 10.1051/0004-6361/202244489).

Webbin kuvat: WASP-96 b

James Webb avaruusteleskoopin julkaistujen kuvien joukossa on dataa eksoplaneetta WASP-96 b:n ilmakehän spektristä. Sen mukaan tutkijat pystyvät erottamaan spektrissä merkittävän määrä vettä, jonka olemassaolo havaitussa määrin on pieni yllätys, sillä planeetan lämpötila on enemmän kuin 500 °C.

WASP-96 b eksoplaneetan spektri. Kuva NASA/ESA CSA.

Eksoplaneetta sijaitsee Feeniksin (-linnun) tähdistössä eteläisellä tähtitaivaalla noin 1 150 valovuoden etäisyydellä. Tyypiltään se on kaasujättiläinen mutta huomattavasti laajentunut verrattuna esimerkiksi Jupiteriin. Eksoplaneetan massa on alle puolet Jupiterin massasta mutta sen halkaisija on 1,2 kertaa Jupiterin halkaisija. Korkea lämpötila selittyy sillä, että se kiertää tähteään vain yhdeksäsosan etätyöisyydellä Merkuriuksen ja Auringon välisestä etäisyydestä. Nämä ominaisuudet tiedettiin entuudestaan ja juuri näiden vuoksi WASP-96 b valittiin havaittavaksi.

Eksoplaneetan havainnot tehtiin Webbin Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) -laitteistolla siten, että tähden säteilemä valo kulki eksoplaneetan ilmakehän lävitse. Ilmakehä on samea ja siinä on pilviä, mutta Webbin laitteistojen herkkyys riitti noin 6,4 tunnin valotuksella riittävän tarkan spektrin tekemiseen. Käytetyt aallonpituudet olivat 0,6 – 2,8 mikrometriä eli se ulottui punaisesta valosta lähi-infran aallonpituuksille usealla eri kanavalla. 

Erityisesti aallonpituudet, jotka ylittivät 1,6 mikrometriä, olivat tutkijoiden mielenkiinnon kohteena, sillä näitä aallonpituuksia ei ole pystytty kovinkaan tehokkaasti havaitsemaan aikaisemmin. Nämä aallonpituudet ovat erityisen herkkiä veden, hapen, metaanin ja hiilidioksidin absorptioille. Veden lisäksi tutkijat pystyivät määrittämään hiilen ja hapen enimmäismäärät ja arvioimaan lämpötilaa eri syvyyksillä ilmakehässä.