Lehdistötiedote

Ensimmäinen pitävä näyttö kivisestä eksoplaneetasta

Pienimmän eksoplaneetan massa ja tiheys on vihdoinkin mitattu

16. syyskuuta 2009

HARPS-laitteella tehdyn, ennätyksellisen pitkän mittaussarjan avulla saatiin pitävästi selville, että pienimmän ja nopeimmin kiertoradallaan liikkuvan eksoplaneetan CoRoT-7b:n massa on viisinkertainen maapallon massaan nähden. Kun tiedetään, että CoRoT-7b:n tunnettu säde on alle kaksi kertaa maapallon säteen pituinen, eksoplaneetan tiheyden voidaan päätellä olevan melko lähellä Maan tiheyttä. Sen voidaan olettaa olevan rakenteeltaan kiinteää kiveä. Laaja tietokokonaisuus paljastaa toisenkin niin sanotun supermaan tästä vieraasta aurinkokunnasta.

"Tämä on tieteen jännittävimpiä ja hämmästyttävimpiä puolia", sanoo Didier Queloz, havainnot tehneen ryhmän johtaja. "Halusimme kaikin keinoin selvittää, miltä CoRoT-satelliitin havaitsema kohde näyttää, ja löysimme ainoalaatuisen järjestelmän." 

Helmikuussa 2009 julkaistiin tieto CoRoT-satelliitin [1] vuotta aiemmin havaitsemasta pienestä eksoplaneetasta, joka kiertää melko tavanomaista TYC 4799-1733-1-nimistä tähteä. Tiedon julkaisua edelsivät useita kuukausia kestäneet yksityiskohtaiset mittaukset, joita tehtiin lukuisilla maassa olevilla teleskoopeilla, mm. useilla ESOn teleskoopeilla. Tähti, joka nyt tunnetaan nimellä CoRoT-7, sijaitsee Yksisarvisen tähdistössä (Monoceros) noin 500 valovuoden päässä Maasta. CoRoT-7 on hiukan meidän Aurinkoamme pienempi ja viileämpi, ja sitä pidetään myös nuorempana, noin 1,5 miljardin vuoden ikäisenä.

20.4 tunnin välein planeetta pimentää yli tunnin ajaksi pienen osan tähden valosta noin 1/3000:lla [2]. CoRoT-7b-planeetta on vain 2,5 miljoonan kilometrin päässä keskustähdestään, mikä vastaa 1/23 Merkuriuksen ja Auringon välimatkasta. Sen säde on noin 80 prosenttia Maan sädettä pidempi.

Eksoplaneetan massaa ei kuitenkaan pystytty laskemaan alkuperäisen mittaussarjan perusteella. Tällaiseen tulokseen pääsemiseksi tarvitaan erittäin tarkkoja mittauksia tähden nopeudesta, johon kiertävän eksoplaneetan vetovoima vaikuttaa vähäisesti. CoRoT-7b-planeetan suhteen ongelmana oli se, että tähtien aktiviteetti ja tähden pinnalla olevat viileämmät alueet, ns. tähtipilkut (jotka vastaavat meidän Aurinkomme auringonpilkkuja) häiritsevät signaaleja. Tämän vuoksi pääsignaali on yhteydessä tähden pyörähdykseen akselinsa ympäri, joka kestää noin 23 päivää.

Vastausta etsiessään tähtitieteilijät joutuivat turvautumaan parhaaseen eksoplaneettojen metsästyksessä käytettyyn laitteeseen, HARPS-spektrografiin (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, erittäin tarkka planeettoja etsivä säteisnopeusmittari), joka on yhdistetty ESOn 3,6 metrin teleskooppiin La Sillan observatoriossa Chilessä.

”HARPS on epäilemättä lyömätön pienten eksoplaneettojen havainnoinnissa, mutta CoRoT-7b:n mittaukset osoittautuivat niin vaativiksi, että meidän oli koottava havaintotietoja tähdestä 70 tunnin ajalta”, kertoo François Bouchy, toinen tutkimuksen tekijöistä.

HARPS tuotti tietoja, joista tähtitutkijat pystyivät erottelemaan 20,4 tunnin signaalin. Tähän lukuun perustuu tähtitutkijoiden päätelmä siitä, että CoRoT-7b:n massa on noin viisinkertainen Maan massaan nähden, minkä perusteella se voidaan luokitella kevyisiin eksoplaneettoihin, joita toistaiseksi on havaittu erittäin vähän.

”Koska planeetan kiertorata sijoittuu siten, että näemme sen ylittävän keskustähtensä pinnan – kutsumme tätä planeetan ylikuluksi – voimme todella mitata tämän pienimmän koskaan tarkasti mitatun eksoplaneetan massan, sen sijaan että vain päättelisimme sen [3]”, kertoo tutkimusryhmän jäsen Claire Moutou. ”Koska tunnemme sekä sen säteen että massan, voimme lisäksi määrittää planeetan tiheyden, jolloin saamme paremman käsityksen sen sisäisestä rakenteesta.”

CoRoT-7b:n massa on paljon lähempänä Maan massaa kuin esimerkiksi jäisen jättiläisen Neptunuksen massaa, joka on 17-kertainen Maahan nähden. CoRoT-7b kuuluukin eksoplaneettojen ns. supermaiden luokkaan. Näitä taivaankappaleita on löydetty suunnilleen tusinan verran, vaikkakin CoRoT-7b:n tapauksessa on pystytty ensimmäisen kerran mittaamaan näin pienen eksoplaneetan tiheys. Laskettu tiheys on lähellä Maan tiheyttä, mikä viittaa siihen, että planeetan rakenne on Maan tavoin kiveä.

"CoRoT-7b-tutkimuksen yhteydessä saavutettiin tähtitieteellisten mittausten huipputulos. CoRoT-avaruusteleskoopin valokaaret tuottivat meille parhaat sädemitat ja HARPS parhaan eksoplaneetan massan mittauksen. Molempia tarvittiin, jotta saatiin selville, että tämän kivisen planeetan tiheys on sama kuin Maan tiheys", kertoo tutkimuksessa mukana ollut Artie Hatzes.

CoRoT-7b poikkeaa muista löydetyistä eksoplaneetoista myös siinä, että se on lähimpänä keskustähteään. Tästä syystä se on myös nopein tunnettu eksoplaneetta: sen nopeus kiertoradalla on yli 750 000 km/h, mikä on yli seitsenkertainen verrattuna Maan kiertonopeuteen Auringon ympäri. ”CoRoT-7b on niin lähellä keskustähteä, että se saattaa hyvinkin vastata Danten Helvettiä, koska sen päiväpuolen todennäköinen lämpötila on yli 2 000 astetta ja yöpuolen lämpötila 200 miinusastetta. Teoreettisten mallien mukaan planeetan pinnalla voi olla laavaa tai kiehuvia valtameriä. Nämä ääriolosuhteet eivät missään nimessä ole otolliset elämän kehittymiselle”, sanoo Queloz.

HARPSin erinomaisen tarkkuuden osoituksena tähtitieteilijät löysivät tietokokonaisuuksistaan lisäksi toisen CoRoT-7-keskustähden eksoplaneetan, joka sijaitsee hieman kauempana CoRoT-7b.stä. Eksoplaneetta nimettiin CoRoT-7c:ksi, ja se kiertää keskustähtensä 3 vuorokaudessa 17 tunnissa. Sen massa on Maan massaan nähden noin kahdeksankertainen, ja sekin on luokiteltu supermaaksi. Se ei kuitenkaan sisarustähtensä CoRoT-7b:n tavoin kulje Maasta katsoen keskustähtensä yli, joten tähtitutkijat eivät pysty mittaamaan sen sädettä eivätkä näin ollen myöskään tiheyttä.

Näiden havaintojen perusteella CoRoT-7 on ensimmäinen tunnettu tähti, jonka planeettajärjestelmän muodostaa kaksi suurella nopeudella kiertävää supermaata, ja toinen näistä eksoplaneetoista kulkee keskustähtensä yli.

Lisähuomiot

[1] CoRoT on Ranskan valtion ja kansainvälisten yhteistyökumppaneiden (ESAn, Itävallan, Belgian, Brasilian, Saksan ja Espanjan) yhteisprojekti.
[2] Täsmälleen sama ilmiö voidaan havaita omassa Aurinkokunnassamme, kun Merkurius tai Venus kulkee Auringon kiekon editse. Tästä esimerkkinä on Venuksen ylikulku 8.7.2004 (ESO PR 03/04). Menneinä vuosisatoina näitä tilaisuuksia hyödynnettiin Auringon ja Maan välimatkaa laskettaessa, millä oli erittäin suuri vaikutus astrofysiikan ja taivaanmekaniikan tutkimukselle.
[3] HARPS-laitteen avulla löydettiin myös Gliese 581e, jonka massa on vähintään kaksinkertainen Maan massaan nähden (ks. ESO 15/09), mutta jonka todellista massaa ei tunneta, koska sen kiertoradan geometriaa ei ole voitu määrittää. CoRoT-7b:n ylikulun ansiosta sen kiertoradan geometria on määritetty tarkasti, minkä ansiosta tähtitutkijat ovat pystyneet laskemaan myös planeetan tarkan massan.

Lisätietoa

Tutkimus on esitelty artikkelissa, joka julkaistaan 22.10.2009 Astronomy and Astrophysics -lehden CoRoT-erikoisnumerossa, nro 506-1: ”The CoRoT-7 planetary system: two orbiting Super-Earths”, D. Queloz et al.

Ryhmään kuuluvat D. Queloz, R. Alonso, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Segransan ja S. Udry (Observatoire de Genève, Sveitsi), F. Bouchy, F. ja G. Hébrard, G. (IAP, Paris, Ranska), C. Moutou, M. Barbieri, P. Barge, M. Deleuil, L. Jorda ja A. Llebaria (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Ranska), A. Hatzes, D. Gandolfi, E. Guenther, M. Hartmann ja G. Wuchterl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Saksa), M. Auvergne, A. Baglin, D. Rouan ja J. Schneider (LESIA, CNRS, Observatoire de Paris, Ranska), W. Benz (University of Bern, Sveitsi), P. Bordé, A. Léger ja M. Ollivier (IAS, UMR 8617 CNRS, Université Paris-Sud, Ranska), H. Deeg (Instituto de Astrofísica de Canarias, Espanja), R. Dvorak (University of Vienna, Itävalta), A. Erikson and H. Rauer (DLR, Berlin, Saksa), S. Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao Paulo, Brasilia), M. Fridlund (European Space Agency, ESTEC, Alankomaat), M. Gillon and P. Magain (Université de Liège, Belgia), T. Guillot (Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS UMR 6202, Nice, Ranska), H. Lammer (Austrian Academy of Sciences), T. Mazeh (Tel Aviv University, Israel) ja M. Pätzold (Köln University, Saksa).

ESO (European Southern Observatory, Euroopan eteläinen observatorio) on tähtitieteen keskeinen eurooppalainen hallitustenvälinen organisaatio. Se on maailman tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. Sen toimintaa tukee 14 maata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten tutkimusvälineiden kehittämiseen, rakentamiseen ja toimintaan. Tähtitieteilijöiden käytössä olevat tutkimusvälineet mahdollistavat tärkeiden tieteellisten havaintojen tekemisen. ESO on myös johtavassa asemassa tähtitieteen tutkimuksen edistämisessä ja yhteistyön järjestämisessä. ESOlla on Chilessä kolme huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESOlla on Paranalissa VLT-teleskooppi. Se on maailman edistynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio. ESO on maailman suurimman tähtitieteen alan projektin, täysin uudenlaisen ALMA-teleskoopin, eurooppalainen yhteistyökumppani. ESO suunnittelee 42-metristä E-ELT-teleskooppia (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, Euroopan erittäin suuri optinen/lähi-infrapuna-alueen teleskooppi), josta tulee maailman suurin taivasta tarkkaileva silmä.

Linkit

• Tieteellinen julkaisu: http://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/200913096/pdf (Free access)
• Lisätietoja: Eksoplaneetat-lehdistömateriaali

Yhteystiedot

Didier Queloz
Geneva Observatory
Geneva, Switzerland
Puh.: +41 22 379 2477
Sähköposti: didier.queloz@unige.ch

François Bouchy
IAP, Paris
Paris, France
Puh.: 33 4 92 70 64 94
Sähköposti: bouchy@iap.fr

Claire Moutou
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Marseille, France
Puh.: +33 4 91 05 59 66
Sähköposti: Claire.Moutou@oamp.fr

Artie Hatzes
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Tautenburg, Germany
Puh.: +49 36 42 78 63 55
Matkapuhelin: +49 (0)163 69 13 863
Sähköposti: artie@tls-tautenburg.de

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media