Lehdistötiedote

ALMA paljasti planeettojen rakennustyömaita

Uutta todistusaineistoa nuorista planeetoista nuoria tähtiä ympäröivissä kiekoissa

16. joulukuuta 2015

ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) käyttäneet tähtitieteilijät ovat löytäneet tähän mennessä selvimmät merkit siitä, että neljän nuoren tähden ympärillä olevassa kaasu- ja tomukiekossa on hiljattain muodostunut usean Jupiterin massaisia planeettoja. Tähtiä ympäröivän kaasun mittaukset tarjoavat myös lisäviitteitä näiden planeettojen ominaisuuksista.

Planeettoja löytyy lähes jokaisen tähden ympäriltä, mutta tähtitieteilijät eivät vieläkään täysin ymmärrä kuinka ja missä olosuhteissa ne muodostuvat. Tällaisiin kysymyksiin vastaamiseksi he tutkivat nuorten tähtien ympärillä kiertäviä kaasu- ja tomukiekkoja, joissa planeetat rakentuvat. Nämä kiekot ovat kuitenkin pieniä ja kaukana Maapallosta. Siten tarvittiin ALMA:n tehokkuutta paljastamaan niiden salaisuudet.

Erityiseltä siirtymävaiheen kiekoiksi kutsutulta kiekkojen luokalta puuttuu hämmästyttävästi tomu keskustastaan, tähteä ympäröivältä alueelta. Kaksi eri ajatusta on esitetty selittämään nämä oudot aukot. Ensimmäiseksi voimakkaat tähtituulet ja kiihkeä säteily ovat voineet puhaltaa pois tai tuhota ympäröivän materian [1]. Vaihtoehtoisesti massiiviset nuoret, muodostumassa olevat planeetat ovat voineet poistaa materian kiertäessään tähteä [2].

ALMA:n vertaansa vailla oleva herkkyys ja kuvien terävyys ovat nyt mahdollistaneet alankomaalaisen Leidenin observatorion Nienke van der Marelin johtaman tähtitieteilijäryhmän kartoittaa kaasun ja tomun jakaumaa neljässä näistä siirtymävaiheen kiekoista aikaisempaa paremmin [3]. Tämän ansiosta he puolestaan pystyivät ensimmäistä kertaa valitsemaan kahden aukkoja aiheuttavan vaihtoehdon väliltä.

Uudet kuvat osoittavat, että tomun aukoissa on merkittäviä määriä kaasua [4]. Tutkimusryhmän hämmästykseksi myös kaasussa oli aukko, noin kolme kertaa tomun aukkoa pienempi.

Tämän saattoi selittää ainoastaan skenaario, jossa vast'ikään muodostuneet massiiviset planeetat ovat poistaneet kaasun kulkiessaan radoillaan, mutta saaneet tomuhiukkaset loukkuun hieman ulompana [5].

"Aikaisemmat havainnot antoivat jo ymmärtää, että tomun aukoissa olisi kaasua," selittää Nienke van der Marel, "mutta ALMA:n kyetessä kuvaamaan koko kiekon materian paljon muita tutkimuslaitteita tarkemmin, me pystyimme sulkemaan vaihtoehtoisen skenaarion pois laskuista. Iso aukko viittaa selvästi useita kertoja Jupiteria massiivisempien planeettojen läsnäoloon, joka muodostaa nämä aukot niiden pyyhkiessä kiekon läpi."

On huomionarvoista, että nämä havainnot tehtiin käyttäen vain kymmenesosaa ALMA:n tämänhetkisestä erotuskyvystä, sillä ne tehtiin kun puolet koko lautasantennisarjasta oli yhä rakenteilla Chajnantorin ylätasangolla Pohjois-Chilessä.

Lisätutkimuksia tarvitaan nyt määrittämään viittaavatko useammat siirtymävaiheen kiekot myös tähän planeettojen siivoavaan skenaarioon, vaikka ALMA:n havainnot ovat sillä välin tarjonneet tähtitieteilijöille arvokasta uutta tietoa planeettojen monimutkaisista muodostumisprosesseista.

"Kaikki tähän mennessä tutkitut, isoja tomuaukkoja käsittävät siirtymävaiheen kiekot käsittävät myös kaasuaukkoja. ALMA:n avulla voimme nyt selvittää missä ja milloin jättiläisplaneetat syntyvät näissä kiekoissa ja verrata tuloksia planeettojenmuodostumismalleihin," sanoo myös Leidenin yliopistossa sekä Garchingin Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik -tutkimuslaitoksessa työskentelevä Ewine van Dishoeck [6]. "Suora havainto planeetoista on juuri ja juuri nykyisten havaintolaitteiden kykyjen rajoilla. E-ELT -teleskoopin kaltaiset seuraavan sukupolven rakenteilla olevat teleskoopit pystyvät menemään paljon pitemmälle. ALMA osoittaa, minne niiden tulee katsoa."

Lisähuomiot

[1] Tämä tomua ja kaasua sisältä ulos poistava prosessi tunnetaan fotohaihtumisena.

[2] Tällaisia planeettoja on vaikea havaita suoraan (eso1310) ja aikaisemmat tutkimukset millimetriaallonpituuksilla (eso1325) ovat epäonnistuneet saamaan terävää kuvaa niiden sisemmistä planeettoja muodostavista alueista, joissa nämä eri vaihtoehdot voitaisiin testata. Muut tutkimukset (eso0827) eivät ole kyenneet mittaamaan valtaosaa näiden kiekkojen kaasusta.

[3] Neljä näiden tutkimusten kohdetta olivat SR 21, HD 135344B (joka tunnetaan myös nimellä SAO 206462), DoAr 44 ja Oph IRS 48.

[4] Siirtymävaiheen kiekossa läsnä oleva kaasu koostuu pääasiassa vedystä ja sitä jäljitetään hiilimonoksidi — eli CO — -molekyylihavainnoin.

[5] Tomun loukkuuntumisen prosessi on selitetty aikaisemmassa tiedotteessa (eso1325).

[6] Muihin esimerkkeihin sisältyvät tähtien HD 142527 (eso1301 ja täällä) sekä J1604-2130 siirtymävaiheen kiekot.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA”, jonka kirjoittivat N. van der Marel, et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics joulukuussa 2015.

Tutkimusryhmään kuuluvat N. van der Marel (Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat; Institute for Astronomy, University of Hawai'i, Honolulu, USA), E. F. van Dishoeck (Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Saksa), S. Bruderer (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Saksa), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, USA), K. M. Pontoppidan (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), G. J. Herczeg (Pekingin yliopisto, Beijing, Kiina), T. van Kempen (Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat) ja A. Miotello (Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, 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 yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Nienke van der Marel
Institute for Astronomy, University of Hawaii
Honolulu, USA
Sähköposti: nmarel@ifa.hawaii.edu

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 71 527 5814
Sähköposti: ewine@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