Lehdistötiedote

Hyytävä lentävä lautanen

ALMA löysi odottamattoman kylmiä hiukkasia planeettoja muodostavassa kiekossa

3. helmikuuta 2016

Tähtitieteilijät ovat käyttäneet ALMA- ja IRAM-teleskooppeja ensimmäiseen nuorta tähteä kiertävän planeettoja muodostavan kiekon ulko-osien suurten tomuhiukkasten lämpötilan suoraan mittaukseen. Käyttämällä uutta tekniikkaa Lentäväksi lautaseksi kutsutun kohteen havaintoihin he havaitsivat, että hiukkaset ovat paljon odotettua kylmempiä: –266 astetta Celsiusta. Tämä yllättävä tulos antaa ymmärtää, että näiden kiekkojen malleja saatetaan joutua muokkaamaan.

Ranskalaisen Laboratoire d'Astrophysique de Bordeauxin tutkija Stephane Guilloteaun johtama kansainvälinen tutkimusryhmä mittasi noin 400 valovuoden etäisyydellä Maasta sijaitsevassa vaikuttavassa Rho Ophiuchin tähtienmuodostusalueessa olevan nuoren tähden 2MASS J16281370-2431391 ympärillä kiertävien suurten tomuhiukkasten lämpötilan.

Tätä tähteä ympäröi kaasu- ja tomukiekko. Tällaisia kiekkoja kutsutaan protoplanetaarisiksi kiekoiksi, sillä ne ovat planeettajärjestelmien muodostumisen varhaisia vaiheita. Tämä nimenomainen kiekko nähdään lähes suoraan sivulta ja sen ulkonäkö näkyvän valon kuvissa on ansainnut sille lempinimen Lentävä lautanen.

Tähtitieteilijät käyttivät ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitessaan tähden 2MASS J16281370-2431391 kiekon hiilimonoksidimolekyyleistä tulevaa hohdetta. He kykenivät muodostamaan hyvin teräviä kuvia ja huomasivat jotakin outoa: joissakin tapauksissa he näkivät negatiivisen signaalin! Yleensä negatiivinen signaali on fysikaalisesti mahdoton, mutta tässä tapauksessa se voidaan selittää, mikä johtaa yllättävään johtopäätökseen.

Tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja Stephane Guilloteau aloittaa tarinan: "Tätä kiekkoa ei nähdä mustaa ja tyhjää yötaivasta vasten. Sen sijaan se näkyy siluettina Rho Ophiuchin kaasusumun hohteen edessä. Tämä hajanainen hohde on liian laaja ALMA:n havaittavaksi, mutta kiekko absorboi sitä. Tuloksena ollut negatiivinen signaali tarkoittaa, että osa kiekosta on taustaa kylmempi. Maapallo on varsin kirjaimellisesti Lentävän lautasen varjossa!"

Tutkimusryhmä yhdisti ALMA:n havainnot kiekosta espanjalaisen 30-metrisen IRAM-teleskoopin tekemiin havaintoihin taustan hohteesta [1]. He johtivat kiekon tomuhiukkasten lämpötilaksi vain –266 astetta Celsiusta (eli 7 Kelviniä, vain 7 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella) noin 15 miljardin kilometrin etäisyydellä keskustan tähdestä [2]. Tämä on ensimmäinen suora mittaus tällaisen kohteen suurten, noin millimetrin kokoisten hiukkasten lämpötilasta.

Tämä lämpötila on paljon alempi kuin useimpien tämänhetkisten mallien ennustama –258 - –253 astetta Celsiusta (15 - 20 Kelviniä). Ristiriidan ratkaisemiseksi suurilla tomuhiukkasilla täytyy olla tällä hetkellä oletetuista poikkeavat ominaisuudet, joiden ansiosta ne voivat jäähtyä näin alhaisiin lämpötiloihin.

"Selvittääksemme tämän havainnon vaikutukset kiekon rakenteeseen meidän täytyy keksiä, mitkä mahdolliset tomun ominaisuudet voivat johtaa näin alhaisiin lämpötiloihin. Meillä on joitakin ideoita. Esimerkiksi lämpötila saattaa riippua hiukkasen koosta siten, että suuremmat hiukkaset ovat pienempiä kylmempiä. On kuitenkin liian varhaista, että olisimme varmoja," lisää eräs julkaisun kirjoittajista Emmanuel di Folco (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux).

Jos käy ilmi, että nämä alhaiset tomun lämpötilat ovat protoplanetaaristen kiekkojen normaali piirre, tällä saattaa olla useita seurauksia niiden muodostumisen ja kehittymisen ymmärtämyksellemme.

Esimerkiksi erilaiset tomun ominaisuudet vaikuttavat siihen, mitä tapahtuu, kun nämä hiukkaset törmäävät ja siten niiden rooliin planeettojen muodostumisen alkusiementen aikaansaamisessa. Sitä, onko vaadittava muutos tomun ominaisuuksissa tällä tavalla merkittävä vai ei, ei vielä voida arvioida.

Alhaisilla tomun lämpötiloilla voi myös olla merkittävä vaikutus pienempiin tomukiekkoihin, joiden tiedetään olevan olemassa. Jos nämä kiekot koostuvat pääasiassa suuremmista, mutta kylmemmistä, hiukkasista kuin tällä hetkellä oletetaan, tarkoittaisi tämä, että nämä kompaktit kiekot saattavat olla mielivaltaisen massiivisia ja silti muodostaa jättiläisplaneettoja suhteellisen lähellä keskustähteä.

Lisähavaintoja tarvitaan, mutta vaikuttaa siltä, että ALMA:n löytämällä kylmemmällä tomulla saattaa olla merkittäviä vaikutuksia käsityksellemme protoplanetaarisista kiekoista.

Lisähuomiot

[1] IRAM:in mittauksia tarvittiin, sillä ALMA ei juurikaan kykene mittaamaan taustan jatkuvaa signaalia.

[2] Tämä vastaa sataa Maan etäisyyttä Auringosta. Aurinkokunnassa tämä alue on nyt Kuiperin vyöhykkeellä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains”, jonka kirjoittivat S. Guilloteau et al., Tutkimusjulkaisu ilmestyi julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics Letters.

Tutkimusryhmään kuuluvat S. Guilloteau (Bordeauxin yliopisto/CNRS, Floirac, Ranska), V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Ranska), E. Chapillon (Bordeauxin yliopisto/CNRS; IRAM), E. Di Folco (Bordeauxin yliopisto/CNRS), A. Dutrey (Bordeauxin yliopisto/CNRS), T.Henning (Max Planck Institute für Astronomie, Heidelberg, Saksa [MPIA]), D.Semenov (MPIA), T.Birnstiel (MPIA) ja N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, Strasbourg, Ranska).

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, US National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) kanssa.

ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Tutkimuslaitosta Institut de Radio Astronomie Millimétrique (IRAM) rahoittavat INSU/CNRS (Ranska), MPG (Saksa) ja IGN (Espanja).

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
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Stephane Guilloteau
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
Sähköposti: stephane.guilloteau@u-bordeaux.fr

Emmanuel di Folco
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Floirac, France
Sähköposti: emmanuel.di-folco@u-bordeaux.fr

Vincent Pietu
IRAM
Grenoble, France
Sähköposti: pietu@iram.fr

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