Lehdistötiedote

TRAPPIST-1 -planeetoilla luultavasti runsaasti vettä

Ensimmäinen vilkaisu siitä, mistä Maan massaiset eksoplaneetat on tehty

5. helmikuuta 2018

Uusi tutkimus on havainnut, että läheistä ultraviileää kääpiötähteä TRAPPIST-1 kiertävät seitsemän planeettaa koostuvat enimmäkseen kivestä ja joillakin saattaa olla mahdollisesti enemmän vettä kuin Maapallolla. Planeettojen nyt paljon aikaisempaa tarkemmin tunnetut tiheydet antavat ymmärtää, että joidenkin niistä massasta jopa 5 prosenttia saattaa olla vettä, mikä on noin 250 kertaa enemmän kuin Maan valtamerissä. Lähinnä emotähteään olevilla kuumemmilla planeetoilla on todennäköisemmin tiheä, höyryinen kaasukehä ja etäisemmillä luultavasti jäinen pinta. Koon, tiheyden ja tähdeltään saaman säteilyn puitteissa tähdestä laskien neljäs planeetta on eniten Maan kaltainen. Se vaikuttaa seitsemästä planeetasta kivisimmältä ja sillä on mahdollisesti nestemäistä vettä.

Vain 40 valovuoden etäisyydellä Maasta sijaitsevaa himmeää punaista tähteä TRAPPIST-1 kiertävät planeetat havaitsi ensimmäisenä TRAPPIST-South -teleskooppi ESO:n La Sillan observatoriolla vuonna 2016. Seuraavana vuonna jatkotutkimukset maan pinnalta havaintoja tekevillä teleskoopeilla, mukaanlukien ESO:n VLT-teleskooppi, ja NASA:n Spitzer-avaruusteleskoopilla paljastivat, että järjestelmässä on peräti seitsemän planeettaa, jotka ovat karkeastiottaen Maan kokoisia. Niiden nimet ovat TRAPPIST-1b,c,d,e,f,g ja h, tähdestä ulospäin lukien [1].

Lisähavaintoja on nyt tehty sekä maan pinnalla sijaitsevilla teleskoopeilla, mukaanlukien lähes valmis SPECULOOS-laitteisto ESO:n Paranalin observatoriolla, sekä NASA:n Spitzer-avaruusteleskooppi ja Kepler-avaruusteleskooppi. Simon Grimmin (Bernin yliopisto, Sveitsi) johtama tiedemiesryhmä on nyt soveltanut hyvin monimutkaisia tietokonemallinnusmenetelmiä kaikkeen saatavilla olevaan havaintoaineistoon ja määrittänyt planeettojen tiheydet paljon tarkemmin kuin oli aikaisemmin mahdollista [2].

Simon Grimm selittää kuinka massat määritettiin: "TRAPPIST-1 -planeetat ovat niin lähellä toisiaan, että ne vuorovaikuttavat toistensa kanssa painovoiman välityksellä. Tästä aiheutuu pientä vaihtelua aikoihin, jolloin ne kulkevat tähden editse. Nämä vaihtelut riippuvat planeettojen massoista, niiden etäisyyksistä ja kiertorataparametreista. Tietokonemallin avulla me mallinnamme planeettojen kiertoratoja kunnes lasketut tähdenpeitot osuvat yksiin havaittujen kanssa ja siten me olemme määrittäneet planeettojen massat."

Tutkimusryhmän jäsen Eric Agol kommentoi merkittävyyttä: "Eksoplaneettatutkimusten tavoite on jonkin aikaa ollut luodata kooltaan ja lämpötilaltaan Maan kaltaisten planeettojen koostumusta. TRAPPIST-1:n löytäminen sekä ESO:n Chilessä sijaitsevien tutkimuslaitteistojen ja NASA:n, kiertoradalla olevan Spitzer-avaruusteleskoopin kyvyt ovat saaneet tämän mahdolliseksi. Ne ovat antaneet meille ensimmäiset vilkaisumme siitä, mistä Maan kokoiset eksoplaneetat on tehty!"

Tiheysmittaukset, yhdistettyinä planeettojen koostumusten malleihin, antavat vahvasti ymmärtää, että TRAPPIST-1:n seitsemän planeettaa eivät ole kuivia kivimaailmoja. Ne näyttävät käsittävän merkittäviä määriä haihtuvia aineita, luultavasti vettä [3], koostaen jopa 5% planeetan massasta joissakin tapauksissa. Tämä on valtava määrä: vertailun vuoksi Maan massasta on vain noin 0.02% vettä!

"Vaikka tiheydet ovat tärkeitä johtolankoja planeettojen koostumuksen määrittämisessä, ne eivät kerro mitään elinkelpoisuudesta. Meidän tutkimuksemme ovat kuitenkin tärkeä askel eteenpäin, sillä me jatkamme näiden planeettojen elinkelpoisuuden tutkimuksia," sanoi Brice-Olivier Demory, yksi kirjoittajista Bernin yliopistosta.

TRAPPIST-1b ja c, sisimmät planeetat, ovat luultavimmin kiviytimisiä ja niitä ympäröi paljon Maan ilmakehää tiheämpi kaasukehä. TRAPPIST-1d sen sijaan on planeetoista kevein, noin 30% Maan massasta. Tiedemiehet ovat epävarmoja onko sillä suuri kaasukehä, valtameri vai jääkerros.

Tiedemiehet yllättyivät siitä, että TRAPPIST-1e on järjestelmän ainoa planeetta, joka on Maata tiheämpi, mikä antaa ymmärtää, että sillä saattaa olla tiheämpi rautaydin eikä sillä välttämättä ole tiheää kaasukehää, valtamerta tai jääkerrosta. On arvoituksellista, että TRAPPIST-1e näyttää koostumukseltaan niin paljon kivisemmältä kuin muut planeetat. Koon, tiheyden ja tähdeltään saamansa säteilyn puitteissa tämä planeetta on eniten Maan kaltainen.

TRAPPIST-1f, g ja h ovat riittävän kaukana emotähdestään, että vesi saattaa olla jäätyneenä niiden pinnalla. Jos niillä on ohut kaasukehä, ne eivät luultavasti käsitä Maapallolta löytämiämme raskaita molekyylejä, kuten hiilidioksidia.

"On kiinnostavaa, että tiheimmät planeetat eivät ole lähimpänä tähteä ja että kylmimmillä planeetoilla ei voi olla tiheää kaasukehää," huomauttaa Caroline Dorn, yksi tutkimuksen kirjoittajista Zürichin yliopistosta Sveitsistä.

TRAPPIST-1 -järjestelmä on jatkossakin kiivaan valvonnan keskiössä monien maan pinnalta ja avaruudessa havaintoja tekevien laitteistojen avulla, mukaanlukien ESO:n ELT-teleskooppi ja NASA:n, ESA:n ja CSA:n James Webb -avaruusteleskooppi.

Tähtitieteilijät työskentelevät myös lujasti etsiessään lisää planeettoja TRAPPIST-1:n kaltaisten himmeiden punaisten tähtien ympäriltä. Tutkimusryhmän jäsen Michaël Gillon selittää [4]: "Tämä tulos korostaa valtavaa kiinnostusta tutkia läheisiä ultraviileitä kääpiötähtiä — kuten TRAPPIST-1 — etsittäessä ylikulkevia Maan kaltaisia planeettoja. Tämä on täsmälleen SPECULOOS:n tavoite. Kyseessä on uusi eksoplaneettojen etsintä, joka on aloittamassa toimintaansa ESO:n Paranalin observatoriolla Chilessä."

Lisähuomiot

[1] Planeetat löydettiin käyttäen maan pinnalta havaintoja tekeviä teleskooppeja, kuten ESO:n La Sillan observatoriolla Chilessä sijaitseva TRAPPIST-South, TRAPPIST-North Marokossa, kiertoradalla oleva NASA:n Spitzer-avaruusteleskooppi, ESO:n VLT-teleskoopin HAWK-I -havaintolaite Paranalin observatoriolla Chilessä, 3.8-metrin UKIRT Havaijilla, 2-metrin Liverpool- ja 4-metrin William Herschel -teleskoopit Kanariansaarten La Palmalla sekä 1-metrin SAAO-teleskooppi Etelä-Afrikassa.

[2] Eksoplaneettojan tiheyksien mittaaminen ei ole helppoa. Sekä planeetan koko että sen massa pitää selvittää. TRAPPIST-1 -planeetat löydettiin käyttäen ylikulkumenetelmää eli etsimällä pieniä himmenemiä tähden kirkkaudessa planeetan kulkiessa tähden kiekon editse ja peittäessä hieman sen valoa. Tämä antaa hyvän arvion planeetan koosta. Planeetan massan mittaaminen on kuitenkin vaikeampaa. Mikäli muita ilmiöitä ei ole käytettävissä, eri massaisilla planeetoilla on sama kiertorata eikä niitä voida erottaa toisistaan. Usean planeetan järjestelmissä näin kuitenkin voidaan tehdä. Massiivisemmat planeetat häiritsevät muiden planeettojen kiertoratoja enemmän kuin kevyemmät. Tämä puolestaan vaikuttaa ylikulkujen ajoitukseen. Simon Grimmin johtama tutkimusryhmä käytti näitä monimutkaisia ja hiuksenhienoja vaikutuksia arvioidakseen todennäköisimmät massat kaikille seitsemälle planeetalle, perustuen suureen määrään ajoitusaineistoa sekä hyvin hienostuneeseen tietojen analysointiin ja mallinnukseen.

[3] Käytetyt mallit ottavat myös huomioon vaihtoehtoiset haihtuvat materiaalit kuten hiilidioksidin. Ne kuitenkin pitävät parempana vettä vesihöyryn, nesteen tai jään muodossa todennäköisimpänä merkittävänä komponenttina planeettojen pintamateriaalina, sillä vesi on kaikkein runsain haihtuvien aineiden lähde Auringon kaltaisten tähtijärjestelmien protoplanetaarisissa kiekoissa.

[4] SPECULOOS-kartoitusteleskooppilaitteisto ESO:n Paranalin observatoriolla on lähes valmis.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets", jonka kirjoittivat S. Grimm et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astronomy & Astrophysics.

Tutkimusryhmään kuuluvat Simon L. Grimm (Universität Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi), Brice-Olivier Demory (Universität Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Caroline Dorn (Universität Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi; Universität Zürich, Institute of Computational Sciences, Zürich, Sveitsi), Eric Agol (University of Washington, Seattle, Washington, USA; NASA Astrobiology Institute’s Virtual Planetary Laboratory, Seattle, Washington, USA; Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Ranska), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, Iso-Britannia; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Marko Sestovic (Universität Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi), Amaury H.M.J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, Iso-Britannia; University of Birmingham, Birmingham, Iso-Britannia), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, Ranska), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Ranska), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Ranska), Julien de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), Emmanuël Jehin (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Jérémy Leconte (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Ranska), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Ranska), Valérie Van Grootel (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgia), Adam J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, La Jolla, California, USA), Sean Carey (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Daniel Fabrycky (Department of Astronomy and Astrophysics, Univ. of Chicago, Chicago, Illinois, USA), Kevin Heng (Universität Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Sveitsi), David M. Hernandez (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), James G. Ingalls (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Susan Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA), Franck Selsis (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Ranska) ja Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, Iso-Britannia).

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 ELT -teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
  
• Linkki Hubble-lehdistötiedotteeseen TRAPPIST-1 -planeettojen kaasukehistä
  
• Lisätietoja TRAPPIST-South -teleskoopista
  
• Lisätietoja SPECULOOS -laitteistosta
  
• NASA:n Spitzer-avaruusteleskooppi
  
• NASA:n Kepler-avaruusteleskooppi

Yhteystiedot

Simon Grimm
SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability
Bern, Switzerland
Puh.: +41 31 631 3995
Sähköposti: simon.grimm@csh.unibe.ch

Brice-Olivier Demory
SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability
Bern, Switzerland
Puh.: +41 31 631 5157
Sähköposti: brice.demory@csh.unibe.ch

Richard Hook
ESO Public Information Officer
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