eso1227fi — Tutkimustiedote

Uusi tapa tutkia eksoplaneettojen ilmakehiä

Tau Boötis b paljastui lopultakin

27. kesäkuuta 2012

Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa päässeet tutkimaan eksoplaneetan ilmakehää yksityiskohtaisesti käyttäen nokkelaa uutta menetelmää - siitä huolimatta, ettei planeetta kulje keskustähtensä editse. Kansainvälinen tutkimusryhmä havaitsi ESOn VLT-teleskoopilla suoraan Tau Boötis b -planeetan heikon hehkun. Ryhmä on tutkinut planeetan ilmakehää ja mitannut sen radan ja massan tarkasti ensimmäistä kertaa - ja ratkaisivat näin 15 vuotta vanhan ongelman. Yllätyksekseen ryhmä havaitsi myös, että planeetan ilmakehä näyttää olevan odotusten vastaisesti viileämpi ylemmissä kerroksissa. Tulokset julkaistaan 28. kesäkuuta 2012 Nature-tiedelehdessä.

Tau Boötis b [1] -planeetta oli yksi ensimmäisenä löytyneitä eksoplaneettoja vuonna 1996 ja yhä edelleen se on yksi lähimmistä tunnetuista eksoplaneetoista. Vaikka sen keskustähti on helposti nähtävissä paljain silmin, itse planeetta ei todellakaan ole ja aiemmin se voitiin havaita ainoastaan keskustähdelle aiheuttamiensa painovoimailmiöiden avulla. Tau Boötis b on suuri "kuuma jupiter" -tyyppinen planeetta, joka kiertää hyvin lähellä keskustähteään.

Kuten useimmat eksoplaneetat, tämäkään planeetta ei kulje Maasta katsottuna keskustähden kiekon editse (kuten äskettäin tapahtunut Venuksen ylikulku). Tähän asti ylikulut ovat olleet välttämättömiä kuumien jupiterien ilmakehien tutkimuksessa: kun planeetta kulkee keskustähden editse, sen ilmakehän ominaisuudet jättävät jälkensä tähdestä havaittavaan valoon. Koska emme näe tähden valoa Tau Boötis b:n ilmakehän läpi, ilmakehää ei ole voitu tutkia aiemmin.

Mutta nyt, yritettyään tutkia kuumien jupiter -tyyppisten eksoplaneettojen heikkoa hehkua 15 vuotta, tähtitieteilijät ovat vihdoinkin onnistuneet tutkimaan luotettavasti Tau Boötis b:n ilmakehän rakennetta ja päättelemään sen massan tarkasti ensimmäistä kertaa. Tutkimusryhmä käytti VLT-teleskoopin CRIRES [2] -instrumenttia ESOn Paranalin observatoriolla Chilessä. He yhdistivät korkealaatuiset infrapuna-alueen havainnot (2.3 mikrometrin aallonpituusalueella) [3] nokkelaan menetelmään, jolla saadaan erotettua planeetan heikko signaali keskustähden vahvasta signaalista [4].

Ryhmän johtava tutkija Matteo Brogi (Leiden Observatory, Alankomaat) selittää: "VLTn ja CRIRESin suomien korkealuokkaisten havaintojen ansiosta pystyimme tutkimaan järjestelmän spektriä paljon tarkemmin kuin koskaan aikaisemmin on ollut mahdollista. Vain noin 0.01% näkemästämme valosta on peräisin planeetasta lopun ollessa peräisin keskustähdestä, joten tämä ei ollut helppoa."

Suurin osa muita tähtiä kiertävistä planeetoista on löydetty keskustähdelle aiheuttamiensa painovoimailmiöiden avulla, mikä rajoittaa informaatiota joka voidaan koota niiden massasta: planeetan massalle voidaan ainoastaan laskea alaraja [5]. Tässä uutisessa esitetty uusi uraauurtava menetelmä on paljon tehokkaampi. Suora havainto planeetan valosta on päästänyt tähtitieteilijät mittaamaan planeetan radan kulman ja siten määrittämään sen massan tarkasti. Seuraamalla muutoksia planeetan liikeessä sen kiertäessä keskustähteä tutkimusryhmä on määrittänyt luotetttavasti ensimmäistä kertaa, että Tau Boötis b kiertää keskustähteään 44 asteen kulmassa ja että sen massa on kuusinkertainen oman Aurinkokuntamme Jupiteriin nähden.

"Uudet VLT-havainnot ratkaisivat 15 vuotta vanhan ongelman Tau Boötis b:n massasta. Uusi menetelmä tarkoittaa myös sitä, että nyt voimme tutkia sellaisten eksoplaneettojen ilmakehiä, jotka eivät kulje keskustähtensä ylitse Maasta katsottuna, sekä mitata niiden massat tarkasti, mikä oli aiemmin mahdotonta", sanoo tutkimusryhmän jäsen Ignas Snellen (Leiden Observatory, Alankomaat). "Tämä on suuri askel eteenpäin."

Sen lisäksi, että tutkimusryhmä havaitsi planeetan ilmakehän hehkun ja mittasi Tau Boötis b:n massan, se tutki ilmakehää ja mittasi sen hiilidioksidipitoisuuden kuin myös lämpötilan eri korkeuksilla verratakseen havaintoja teoreettisiin malleihin. Yllättävä tulos oli se, että uudet havainnot osoittivat ilmakehän lämpötilan tippuvan mentäessä korkeammalle. Tämä tulos on täysin muissa "kuuma jupiter" -tyyppisissä eksoplaneetoissa havaitun lämpötilainversion -  jonka mukaan lämpötila nousee korkeuden mukana - vastainen [6][7].

VLT-havainnot osoittavat, että maannpäällisillä teleskoopeilla tehty korkean resoluution spektroskopia on arvokas työkalu eksoplaneettojen, jotka eivät kulje keskustähtensä editse, ilmakehien yksityiskohtaiseen analyysiin. Tulevaisuuden havainnot eri molekyyleistä tarjoavat tähtititieteilijöille mahdollisuuden oppia enemmän planeetan ilmakehän olosuhteista. Mittaamaalla niitä planeetan radan eri vaiheissa tähtitieteilijät saattavat jopa pystyä seuraamaan muutoksia ilmakehässä planeetan aamun ja illan välillä.

"Tämä tutkimus osoittaa kuinka suuri potentiaali on nykyisillä ja tulevilla maanpäällisillä teleskoopeilla, kuten E-ELT:llä. Ehkä jonain päivänä pystymme tällä tavoin jopa löytämään merkkejä biologisesta toiminnasta maankaltaisilla planeetoilla", sanoo Ignas Snellen lopuksi.

Lisähuomiot



[1] Planeetan nimi, Tau Boötis b, tulee keskustähden nimestä (Tau Boötis, tai τ Bootis, τ on kreikkalainen "tau", ei t-kirjain) lisättynä kirjaimella "b", mikä tarkoittaa että se on tähdeltä löytynyt ensimmäinen planeetta. Keskustähdestä puhuttaessä käytetään nimitystä Tau Boötis.

[2] Cryogenic InfraRed Echelle Spectrometer (Kryogeeninen korkean resoluution infrapuna-alueen Echelle-spektrometri)

[3] Infrapuna-aallonpituuksilla keskustähti emittoi vähemmän valoa kuin optisella alueella, joten tämä on otollinen aallonpituusalue planeetan heikon signaalin erottamiseksi.

[4] Tämä menetelmä hyödyntää planeetan nopeutta radallaan keskutähden ympäri erottaakseen sen säteilyn tähden valosta sekä Maan ilmakehän aiheuttamista piirteistä spektrissä. Sama tähtitieteilijäryhmä testasi tätä menetelmää aiemmin keskustähtensä yli kulkevaan planeettaan ja mittasi sen ratanopeuden sen kulkiessa tähden kiekon yli.

[5] Tämä johtuu siitä, että yleensä planeetan radan kallistuskulmaa ei tunneta. Jos planeetan rata on kallellaan suhteessa näkösäteeseen Maan ja keskustäden välissä, massiivisempi planeetta aiheuttaa samanlaisen edestakaisen liikkeen keskustähdelle kuin kevyempi planeetta vähemmän kallistuneella radalla, joten on mahdotonta erottaa kummasta on kyse.

[6] Lämpöinversiolle ajatellaan olevan tunnusomaista molekyylien aiheuttamat spektrin emissioviivat, absorptioviivojen sijaan, kuten on tulkittu Spitzer-avaruusteleskoopin kuumista jupitereista tehdyistä fotometriahavainnoista. Eksoplaneetta HD209458b on parhaiten tutkittu esimerkki eksoplaneettojen ilmakehän lämpöinversiosta.

[7] Tämä havainto tukee malleja, joissa voimakas kromosfäärin aktiivisuuteen liittyvä ultraviolettisäteily -  samanlainen kuin Tau Boötis b:n keskustähdessä havaitaan - estää lämpöinversion.

Lisätietoa

Tämä tutkimus julkaistiin tieteellisessä artikkelissa "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b" tiedejulkaisu Naturessa 28. kesäkuuta 2012.

Tutkimusryhmään kuuluvat Matteo Brogi (Leiden Observatory, Alankomaat), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, Alankomaat), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) and Ernst J. W. de Mooij (University of Toronto, Kanada; Leiden Observatory).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) viettää vuonna 2012 perustamisensa 50-vuotisjuhlaa. 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 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

Yhteystiedot

Rami Rekola
Tuorlan observatorio
Piikkiö, Finland
Puh.: +358 2 333 8981
Matkapuhelin: +358 44 967 2424
Sähköposti: rareko@utu.fi

Ignas Snellen
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 715 275838
Sähköposti: snellen@strw.leidenuniv.nl

Matteo Brogi
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Neherlands
Puh.: +31 715 278434
Sähköposti: brogi@strw.leidenuniv.nl

Jayne Birkby
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 715 275832
Sähköposti: birkby@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Remco de Kok
Space Research Organization Netherlands (SRON)
Utrecht, The Netherlands
Puh.: +31 88 777 5725
Sähköposti: R.J.de.Kok@sron.nl

Tämä on ESOn lehdistötiedotteen käännös eso1227.
Bookmark and Share

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1227fi
Nimi:Tau Boötis b
Type:• Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012Natur.486..502B

Kuvat

Taiteilijan näkemys eksoplaneetta Tau Boötis b:stä
Taiteilijan näkemys eksoplaneetta Tau Boötis b:stä
Kuuluisan eksoplaneetan Tau Boötis b:n keskustähti
Kuuluisan eksoplaneetan Tau Boötis b:n keskustähti
Laajakulmakuva kuuluisan eksoplaneetan Tau Boötes b:n keskustähdestä
Laajakulmakuva kuuluisan eksoplaneetan Tau Boötes b:n keskustähdestä

Videot

Taiteilijan näkemys kuuluisasta eksoplaneetasta Tau Boötis b
Taiteilijan näkemys kuuluisasta eksoplaneetasta Tau Boötis b
Zoomausta tähteen Tau Boötis
Zoomausta tähteen Tau Boötis

Katso myös