Lehdistötiedote

VLT tallensi ensi kertaa eksoplaneetan suoran spektrin

13. tammikuuta 2010

Oman aurinkokuntamme suurennusta muistuttavasta kolmen planeetan järjestelmästä on saatu uutta tutkimustietoa. Tähtitieteilijät onnistuivat saamaan ensimmäisen suoran spektrin eli ns. kemiallisen sormenjärjen [1] kaukaista tähteä kiertävästä planeetasta [2]. Tulos antaa uutta tietoa planeetan synnystä ja koostumuksesta. Se on myös tärkeä virstanpylväs etsittäessä elämää muualta maailmankaikkeudesta.

”Planeetan spektri on kuin sormenjälki. Se antaa olennaista tietoa kaasukehästä löytyvistä alkuaineista. Näiden tietojen ansiosta ymmärrämme paremmin, kuinka planeetta on aikoinaan syntynyt. Tulevaisuudessa saatamme jopa löytää spektreistä elämään viittaavia merkkejä”, kertoo uusista tuloksista raportoivan artikkelin pääkirjoittaja Markus Janson.

Tutkijat onnistuivat tallentamaan kirkasta, hyvin nuorta HR 8799 -tähteä kiertävän jättimäisen eksoplaneetan spektrin. Kyseinen planeettakunta sijaitsee noin 130 valovuoden päässä Maasta. Keskustähti on massaltaan noin puolitoista kertaa Aurinkoa suurempi. Sitä kiertää planeettakunta, joka on kuin oman aurinkokuntamme suurennus. Nämä kolme jättimäistä kumppaniplaneettaa löysi eräs toinen tutkijaryhmä vuonna 2008. Planeetat ovat massaltaan 7–10 kertaa Jupiterin kokoisia, ja niiden etäisyys emotähdestä on 20–70 kertaa suurempi kuin Maan etäisyys Auringosta. Planeettakuntaan kuuluu myös kaksi pienemmistä kohteista koostuvaa vyöhykettä, jotka muistuttavat oman aurinkokuntamme asteroidivyöhykettä ja Kuiperin vyöhykettä.

”Kohteenamme oli keskimmäinen kolmesta planeetasta. Se on noin kymmenen kertaa Jupiteria massiivisempi ja lämpötilaltaan noin 800-asteinen. Yli viiden tunnin valotusajan jälkeen onnistuimme erottamaan planeetan spektrin emotähden paljon kirkkaamman valon keskeltä”, kertoo tutkimusryhmän jäsen Carolina Bergfors.

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun normaalia, lähes auringonkaltaista tähteä kiertävästä eksoplaneetasta on saatu spektri suoraan havainnoimalla. Aiemmin spektri voitiin määrittää vain tarkkailemalla avaruusteleskoopilla eksoplaneettaa, joka kulkee suoraan emotähtensä taitse. Spektri saadaan tällöin selville tutkimalla, kuinka tähden valo muuttuu, kun planeetta on tähden takana. Menetelmää voidaan kuitenkin käyttää vain, jos eksoplaneetan kiertorata on juuri oikeassa suunnassa. Näin on vain murto-osassa kaikista eksoplaneettakunnista. Uusi spektri sen sijaan saatiin ESOn maanpinnalla sijaitsevan VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) avulla suorilla havainnoilla, joihin kiertoradan suunta ei vaikuta.

Saavutus on huomattava, sillä emotähti on useita tuhansia kertoja planeettaa kirkkaampi. ”Se on kuin selvittäisi kynttilän koostumusta kahden kilometrin päästä, kun kynttilä sijaitsee häikäisevän kirkkaan 300 watin lampun vieressä.” Janson selittää.

Löydöksen mahdollisti ESOn VLT-teleskooppiin liitetty NACO-infrapunainstrumentti ja sen adaptiivisen optiikan poikkeuksellisen hyvä havaintotarkkuus [3]. Jättiläiseksoplaneetoista on luvassa vieläkin tarkempia kuvia ja spektrejä, kun uuden sukupolven SPHERE-instumentti asennetaan VLT-teleskooppiin vuoden 2011 aikana. Ennennäkemätöntä havaintotarkkuutta on odotettavissa myös, kun E-ELT-jättiläiskaukoputki (European Extremely Large Telescope) valmistuu.

Nyt kootut tiedot osoittavat, että planeettaa ympäröivästä ilmakehästä tiedetään vielä varsin vähän. ”Spektrissä havaitut piirteet eivät sovi yhteen nykyisten teoreettisten mallien kanssa. Meidän on liitettävä tarkasteluun tarkempi kuvaus kaasukehän pölypilvistä tai hyväksyttävä, että kaasukehän kemiallinen koostumus poikkeaa aiemmin oletetusta”, selittää artikkelin toinen kirjoittaja Wolfgang Brandner.

Tähtitieteilijät toivovat saavansa kahden muunkin jättiläisplaneetan sormenjäljet pian tutkittavakseen. Tällöin päästään ensi kertaa vertaamaan kolmen samaan planeettakuntaan kuuluvan eksoplaneetan spektrejä. ”Silloin saamme varmasti uutta tietoa niistä prosesseista, jotka johtavat oman aurinkokuntamme kaltaisten planeettakuntien muodostumiseen”, Janson toteaa.

Lisähuomiot

[1] Kuten sateenkaarista nähdään, valkoinen valo voidaan hajottaa eri väreiksi. Tähtitieteilijät hajottavat kaukaisista kohteista samaansa valon eri väreiksi (eli aallonpituuksiksi) keinotekoisesti. Kun ihmissilmä erottaa sateenkaaresta viisi tai kuusi väriä, tähtitieteilijät kartoittavat satoja eri vivahteita. Tulosta kutsutaan spektriksi. Se on oikeastaan erittely siitä, millaisia valomääriä kappale lähettää kullakin kapealla värikaistalla. Spektrin yksityiskohdat – tietynväristen valojen muita suuremmat osuudet – antavat viitteitä valoa lähettävän kappaleen kemiallisesta koostumuksesta. Tämä puolestaan tekee spektroskopiasta eli spektrien mittaamisesta ja analysoimisesta tärkeän tähtitieteellisen tutkimustyökalun.

[2] Vuonna 2004 tähtitieteilijät onnistuivat saamaan VLT -teleskooppiin asennetun NACO-instrumentin avulla kuvan ja spektrin 5 kertaa Jupiterin massaisesta kohteesta, joka kiersi ”epäonnistunutta” tähden alkua eli ruskeaa kääpiötä. Kyseisen parin arvellaan kuitenkin muodostuneen yhdellä kertaa pienen kaksoistähden tavoin pikemminkin kuin niin, että kumppaniplaneetta olisi syntynyt ruskeaa kääpiötä ympäröivästä kiekosta tähti–planeetta-järjestelmän tavoin (ks. ESO 28/04, ESO 15/05 ja ESO 19/06).

[3] Ilmakehän väreily samentaa maan pinnalla sijaitsevien teleskooppien havaintoja. Väreily saa tähdet tuikkimaan tavalla, joka ilahduttaa runoilijoita, mutta on tähtitieteilijöille turhauttava, koska se tahrii teleskooppikuvien yksityiskohdat. Ongelma on ratkaistavissa adaptiivisen optiikan avulla. Teleskooppikuvat voidaan sen ansiosta korjata ilmakehän aiheuttamista vääristymistä tarkkuudeltaan lähes avaruuden olosuhteita vastaaviksi. Adaptiivisen optiikan kyky kompensoida ilmakehän väreilyn aiheuttamia vääristymiä perustuu peilin muodon tietokoneohjattuun säätöön. Järjestelmän laskee hyvin suurella nopeudella (satoja kertoja sekunnissa) reaaliaikaisia optisia korrelaatioita kuvadatasta, joka saadaan vertailutähdestä tulevan valon aaltorintaman vaihetta mittaavasta anturista (erikoiskamerasta).

Lisätietoa

Hankkeen tutkimustulokset on esitelty parhaillaan painossa olevassa artikkelissa, joka julkaistaan Astrophysical Journal -lehden kirjeosiossa (”Spatially resolved spectroscopy of the exoplanet HR 8799 c”, M. Janson et al.).

Tutkimusryhmään kuuluvat M. Janson (Toronton yliopisto, Kanada), C. Bergfors, M. Goto ja W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa) ja D. Lafrenière (Montrealin yliopisto, Kanada). Esitiedot saatiin Subaru-teleskooppiin asennetulla IRCS-instrumentilla. ESO (European Southern Observatory, Euroopan eteläinen observatorio) on tähtitieteen keskeinen eurooppalainen hallitustenvälinen organisaatio. Se on tuottavuudella mitattuna maailman johtava tähtitieteellinen observatorio. Sen toimintaa tukee 14 maata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekki. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maassa sijaitsevien tutkimusvälineiden kehittämiseen, rakentamiseen ja toimintaan. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä tärkeitä tieteellisiä havaintoja. ESOlla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen ja kansainvälisen yhteistyön edistämisessä. ESOlla on Chilessä kolme huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESOlla on Paranalissa VLT-teleskooppi (Very Large Telescope), maailman kehittynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, sekä VISTA, maailman suurin kartoituskaukoputki. 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, eurooppalainen erittäin suuri optinen/lähi-infrapuna-alueen teleskooppi), josta tulee maailman suurin tähtitaivasta tarkkaileva silmä.

Linkit

• Tieteellinen artikkeli
• Lisätietoja: mediapaketti eksoplaneetoista

Yhteystiedot

Markus Janson
University of Toronto
Toronto, Canada
Puh.: +1 416 946 5465 and +49 6221 528 493
Sähköposti: janson@astro.utoronto.ca

Wolfgang Brandner
Max-Planck-Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Puh.: +49 6221 528 289
Sähköposti: brandner@mpia.de

Henri Boffin
La Silla/Paranal/E-ELT PiO
ESO ePOD, Garching, Germany
Puh.: +49 89 3200 6222
Sähköposti: hboffin@eso.org

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