Lehdistötiedote

Kaikkien aikojen ensimmäinen eksoplaneetan päivän pituuden mittaus

VLT mittasi planeetan Beta Pictoris b pyörimisen

30. huhtikuuta 2014

ESOn VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) tehdyt havainnot ovat ensimmäistä kertaa määrittäneet eksoplaneetan pyörähdysnopeuden. Planeetan Beta Pictoris b vuorokauden pituudeksi on todettu vain kahdeksan tuntia. Tämä on paljon vähemmän kuin millään Aurinkokunnan planeetalla. Planeetan päiväntasaaja kiertää nopeudella, joka on lähes 100 000 kilometriä tunnissa. Tämä uusi tulos ulottaa Aurinkokunnassa havaitun massan ja pyörähdysnopeuden välisen suhteen eksoplaneettoihin. Samanlaisten tekniikkojen avulla tähtitieteilijät voivat tulevaisuudessa kartoittaa eksoplaneettoja yksityiskohtaisesti E-ELT -teleskoopilla (European Extremely Large Telescope).

Eksoplaneetta Beta Pictoris b kiertää paljain silmin näkyvää Beta Pictoris -tähteä [1], [2], joka on noin 63 valovuoden etäisyydellä Maasta eteläisen taivaan Maalarin tähdistössä (Pictor). Tämä planeetta havaittiin lähes kuusi vuotta sitten ja se on yksi ensimmäisiä valokuvattuja eksoplaneettoja. Se kiertää emotähteään vain kahdeksan Maa-Aurinko etäisyyden päässä (eso1024), mikä tekee siitä tähteään lähimmän koskaan kuvatun eksoplaneetan [3].

Käyttäen VLT-teleskoopin CRIRES-havaintolaitetta ryhmä alankomaalaisia tähtitieteilijöitä Leidenin observatoriosta ja Alankomaiden avaruustutkimusinstituutti SRON:sta ovat nyt havainneet, että eksoplaneetan Beta Pictoris b pyörimisnopeus päiväntasaajalla on lähes 100 000 kilometriä tunnissa. Vertailun vuoksi Jupiterin päiväntasaajan nopeus on noin 47 000 km tunnissa [4], kun taas Maapallon kulkee vain 1700 km tunnissa [5]. Beta Pictoris b on yli 16 kertaa suurempi ja 3000 kertaa massiivisempi kuin Maa. Silti planeetan vuorokauden pituus on vain 8 tuntia.

"Ei tiedetä miksi jotkut planeetat pyörivät nopeasti ja toiset hitaammin," sanoo yksi kirjoittaja Remco de Kok, "mutta tämä ensimmäinen mittaus eksoplaneetan pyörimisestä osoittaa, että Aurinkokunnassa nähty trendi massiivisempien planeettojen nopeammasta pyörimisestä pätee myös eksoplaneetoille. Tämän täytyy olla jokin yleinen seuraus tavasta, jolla planeetat muodostuvat."

Beta Pictoris b on hyvin nuori planeetta — vain noin 20 miljoonan vuoden ikäinen (verrattuna Maapallon 4.5 miljardiin vuoteen) [6]. Ajan myötä eksoplaneetan odotetaan viilenevän ja kutistuvan, mikä saa sen pyörimään vieläkin nopeammin [7]. Toisaalta saattaa olla muita prosesseja, jotka vaikuttavat planeetan pyörimiseen. Esimerkiksi Maan pyörimisnopeus hidastuu ajan myötä Kuun aiheuttamien vuorovesi-ilmiöiden johdosta.

Tähtitieteilijät käyttivät tarkkaa suuren hajonnan spektroskopiaksi kutsuttua tekniikkaa jakaakseen valon osaväreihinsä — spektrin eri aallonpituuksiin. Doppler-ilmiön (tai Dopplerin siirtymän) periaatteen mukaisesti he käyttivät aallonpituuden muutosta havaitakseen, että planeetan eri osat liikkuivat eri nopeuksilla ja vastakkaisiin suuntiin suhteessa havaitsijaan. Poistamalla hyvin varovasti paljon kirkkaamman emotähden vaikutuksen he saattoivat erottaa planeetan pyörimisestä kertovan signaalin.

"Olemme mitanneet planeetan säteilemän säteilyn aallonpituudet tarkkuudella yhden suhde sataan tuhanteen, mikä tekee mittaukset herkiksi Dopplerin ilmiöille, jotka voivat paljastaa säteilevien kohteiden nopeuden," sanoo pääkirjoittaja Ignas Snellen. "Käyttämällä tätä tekniikkaa havaitsimme, että planeetan pinnan eri osat liikkuvat meitä kohti tai meistä poispäin eri nopeuksilla, mikä voi tarkoittaa vain sitä, että planeetta pyörii akselinsa ympäri".

Tämä tekniikka liittyy läheisesti Doppler-kuvantamiseen, jota on käytetty useiden vuosikymmenten ajan kartoittamaan tähtien pintoja ja hiljattain ruskeaan kääpiöön [8] Luhman 16B (eso1404). Planeetan Beta Pictoris b nopea pyöriminen tarkoittaa, että tulevaisuudessa on mahdollista tehdä planeetan globaali kartta, jossa näkyvät mahdolliset pilvimuodostelmat ja suuret myrskyt.

"Tätä tekniikkaa voidaan käyttää paljon suurempaan eksoplaneettojen joukkoon E-ELT -teleskoopin ylivoimaisella tarkkuudella ja herkkyydellä käyttäen suuren hajonnan spektrografia. Käyttäen suunniteltua METIS-havaintolaitetta (Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph) kykenemme tekemään globaaleja karttoja eksoplaneetoista ja luonnehtimaan paljon planeettaa Beta Pictoris b pienempiä planeettoja tällä tekniikalla", sanoo METIS-havaintolaitteen pääsuunnittelija ja yksi uuden tutkimusjulkaisun kirjoittajista, Bernhard Brandl.

Lisähuomiot

[1] Tähdellä Beta Pictoris on monia nimiä, esim. HD 39060, SAO 234134 ja HIP 27321.

[2] Beta Pictoris on yksi parhaiten tunnettuja esimerkkejä tähdistä, joita ympäröi pölykiekko. Kiekon tiedetään nyt ulottuvan noin 1000 kertaa Maan ja Auringon välisen etäisyyden alueelle. Aikaisempia havaintoja Beta Pictoriksen planeetasta raportoitiin lehdistötiedotteissa eso0842, eso1024 ja eso1408.

[3] Havaintoja tehdessä käytettiin adaptiivista optiikkaa korjaamaan Maan ilmakehän turbulensseja, jotka voivat vääristää kuvia jopa maailman parhailla tähtitieteellisillä havaintopaikoilla. Adaptiivisen optiikan avulla tähtitieteilijät voivat tehdä supertarkkoja kuvia, lähes yhtä hyviä kuin jos ne olisi otettu avaruudessa.

[4] Koska Jupiterilla ei ole kiinteää pintaa, josta planeetan pyörähdysnopeus voitaisiin määrittää, käytämme sen päiväntasaajan kaasukehän nopeutta, joka on 47 000 km tunnissa.

[5] Maapallon pyörähdysnopeus päiväntasaajalla on 1674.4 km tunnissa.

[6] Aikaisemmista mittauksista oletettiin järjestelmän olevan nuoremman.

[7] Tämä on seurausta pyörimismäärän säilymisestä ja on sama vaikutus, joka saa taitoluistelijan pyörimään nopeammin, kun hän tuo käsivartensa lähemmäs vartaloaan.

[8] Ruskeita kääpiöitä kutsutaan joskus "epäonnistuneiksi tähdiksi", koska ne, toisin kuin Auringon kaltaiset tähdet, eivät voi milloinkaan tulla riittävän kuumiksi käynnistääkseen ydinfuusioreaktioita.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa “Fast spin of a young extrasolar planet”, jonka kirjoittivat I. Snellen et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 1. toukokuuta 2014.

Tutkimusryhmään kuuluvat Ignas A. G. Snellen (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), Bernhard Brandl (Leidenin observatorio), Remco J. de Kok (Leidenin observatorio, SRON Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, Alankomaat), Matteo Brogi (Leidenin observatorio), Jayne Birkby (Leidenin observatorio) ja Henriette Schwarz (Leidenin observatorio).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Valokuvia CRIRES-havaintolaitteesta
• VLT:n CRIRES-havaintolaite
• Lisätietoja METIS-havaintolaitteesta (Mid-Infrared E-ELT Imager and Spectrograph)

Yhteystiedot

Ignas Snellen
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 71 52 75 838
Matkapuhelin: +31 63 00 31 983
Sähköposti: snellen@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@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