Lehdistötiedote

Lunta vauvaplaneettajärjestelmässä

Planeettojen ja komeettojen muodostuksen jäinen maamerkki

18. heinäkuuta 2013

Kaukaisen vauvaplaneettajärjestelmän lumiraja on kuvattu ensimmäistä kertaa. Auringonkaltaisen tähden TW Hydrae kiekossa sijaitseva lumiraja pitää sisällään lupauksen lisätiedoista planeettojen ja komeettojen muodostusta, niiden koostumuksen päättäviä tekijöitä ja Aurinkokunnan historiaa koskien. Tulokset julkaistaan tänään julkaisusarjassa Science Express.

ALMA:a (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) käyttävät tähtitieteilijät ovat ottaneet kautta aikojen ensimmäisen kuvan vauvaplaneettajärjestelmän lumirajasta. Maapallolla lumirajat muodostuvat korkealla merenpinnasta alenevan lämpötilan muuttaessa ilmankosteuden lumeksi. Tämä raja on selvästi näkyvissä vuorilla, missä luminen huippu päättyy ja kivinen kallioseinämä alkaa.

Nuoria tähtiä ympäröivät lumirajat muodostuvat samalla tavalla, planeettajärjestelmän muodostavan tomukiekon etäisissä, kylmissä osissa. Tähdestä ulospäin mentäessä vesi (H2O) jäätyy ensimmäisenä ja muodostaa ensimmäisen lumirajan. Ulompana tähdestä, lämpötilan laskiessa eksoottisemmat molekyylit voivat jäätyä ja muuttua lumeksi, kuten hiilidioksidi (CO2), metaani (CH4) ja hiilimonoksidi (CO). Nämä erilaiset lumet muodostavat tomuhiukkasille tahmean ulkokerroksen ja ovat keskeisessä roolissa näiden hiukkasten nujertaessa tavanomaisen taipumuksensa rikkoutua törmäyksissä ja siten mahdollistaessa sen, että niistä tulee ratkaisevan tärkeitä planeettojen ja komeettojen rakennusosasia. Lumi lisää myös käytettävissä olevan kiinteän materian määrää ja saattaa dramaattisesti nopeuttaa planeettajärjestelmän muodostumista.

Jokainen näistä erilaisista lumirajoista — veden, hiilidioksidin, metaanin ja hiilimonoksidin — saattaa liittyä tietyntyyppisten planeettojen muodostumiseen [1]. Auringonkaltaisen tähden ympärillä, omamme kaltaisessa planeettajärjestelmässä, vesilumiraja vastaisi Marsin ja Jupiterin kiertoratojen välistä etäisyyttä ja hiilimonoksidilumiraja vastaisi Neptunuksen kiertorataa.

ALMA:n havaitsema lumiraja on ensimmäinen vilaus hiilimonoksidilumirajasta 175 valovuoden etäisyydellä Maasta sijaitsevan nuoren tähden, TW Hydraen ympärillä. Tähtitieteilijät uskovat, että tämä nupullaan oleva planeettajärjestelmä on ominaisuuksiltaan samankaltainen kuin Aurinkokunta oli muutaman miljoonan vuoden ikäisenä.

"ALMA on antanut meille ensimmäisen todellisen kuvan nuorta tähteä ympäröivästä lumirajasta, mikä on äärimmäisen jännittävää sen vuoksi, mitä se kertoo meille Aurinkokunnan historian hyvin varhaisista vaiheista," sanoi Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, USA), toinen tutkimusjulkaisun pääkirjoittajista. "Voimme nyt nähdä aikaisemmin piilossa olleita yksityiskohtia toisen, omamme kaltaisen planeettajärjestelmän jäätyneistä ulko-osista."

Hiilimonoksidilumirajan läsnäololla saattaa kuitenkin olla pelkkää planeettojenmuodostusta tärkeämpiä seurauksia. Hiilimonoksidijäätä tarvitaan muodostamaan metanolia, joka on elämälle välttämättömien monimutkaisempien orgaanisten molekyylien rakennusosa. Jos komeetat kuljettivat näitä molekyylejä vast'ikään muodostuneille Maan kaltaisille planeetoille, näillä planeetoilla olisivat siten tarvittavat raaka-aineet elämän muodostumiselle.

Lumirajoja ei ollut milloinkaan ennen kuvattu suoraan, koska ne muodostuvat aina protoplanetaarisen kiekon suhteellisen kapeassa keskustasossa, joten niiden täsmällistä sijaintia ja laajuutta ei voitu määrittää. Lumirajan kapean sijantialueen ylä- ja alapuolella tähden säteily estää jään muodostumisen. Keskustason tomu- ja kaasukeskittymä on välttämätön eriste alueen suojaamiseksi säteilyltä, jotta hiilimonoksidi ja muut kaasut voivat viilentyä ja jäätyä.

Tämä tähtitieteilijäryhmä on onnistunut kurkistamaan sisälle tähän kiekkoon, jossa lunta on muodostunut käyttäen nerokasta keinoa. Koska lunta ei voi suoraan havaita, sen etsimisen sijaan he etsivät typpiyhdistemolekyyliä N₂H⁺, joka loistaa kirkkaana spektrin millimetrialueella ja on siten täydellinen kohde ALMA:n kaltaiselle teleskoopille. Hauras molekyyli tuhoutuu helposti hiilimonoksidikaasun vaikutuksesta, joten sitä esiintyy havaittavissa määrin vain alueilla, joilla hiilimonoksidi on muuttunut lumeksi eikä voi enää tuhota sitä. Pohjimmaltaan hiilimonoksidilumen löytämisen avain on N₂H⁺-molekyylien löytämisessä.

ALMA:n ainutlaatuisten herkkyyden ja tarkkuuden johdosta tähtitieteilijät ovat kyenneet löytämään N₂H⁺-molekyylien olemassaolon ja jakauman sekä havaitsemaan selvän rajan noin 30 AU:n etäisyydellä tähdestä (30 kertaa Maan ja Auringon välinen etäisyys). Tämä antaa itse asiassa negatiivisen kuvan tähteä TW Hydrae ympäröivän kiekon hiilimonoksidilumesta. Kuvaa voidaan käyttää näkemään hiilimonoksidilumiraja tarkalleen siellä, missä sen pitäisi teorian mukaan olla — N₂H⁺-molekyylirenkaan sisäreunalla.

"Näitä havaintoja varten käytimme vain 26:ta ALMA:n lopullisesta 66 antennin kokonaismäärästä. Viitteitä lumirajoista muiden tähtien ympärillä on jo nähtävissä muissa ALMA:n havainnoissa ja olemme vakuuttuneita, että tulevat havainnot koko antennisarjalla paljastavat monia tällaisia lisää ja tuovat jännittävää lisätietoa planeettojen muodostukseen ja kehittymiseen. Katsotaan miten käy," päättää Michiel Hogerheijde Leidenin observatoriolta, Alankomaista.

Lisähuomiot

[1] Esimerkiksi kuivat kiviplaneetat muodostuvat vesilumirajan sisäpuolelle (lähemmäs tähteä), missä voi olla vain tomua. Toisessa ääripäässä ovat jäiset jättiläisplaneetat, jotka muodostuvat hiilimonoksidilumirajan ulkopuolella.

Lisätietoa

Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on yhteistyöhanke johon osallistuvat Eurooppa, Pohjois-Amerikka ja Itä-Aasia yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa, ja Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) 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.

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa, joka ilmestyi 18. heinäkuuta 2013 julkaisusarjassa Science Express.

Tutkimusryhmään kuuluvat C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), K. I. Öberg (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, USA), D. J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), P. d’Alessio (Centro de Radioastronomía y Astrofisica, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Meksiko), E. Bergin (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), G. A. Blake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, USA), M. R. Hogerheijde (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Alankomaat) ja E. F. van Dishoeck (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Saksa).

Qi ja Öberg olivat yhdessä tämän tutkimuksen pääkirjoittajat.

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

• Lisätietoja ALMA:sta
• Valokuvia ALMA:sta
• Tutkimusjulkaisu NRAO:ssa

Yhteystiedot

Chunhua Qi
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Cambridge, Mass., USA
Puh.: +1 617 495 7087
Sähköposti: cqi@cfa.harvard.edu

Michiel Hogerheijde
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Puh.: +31 6 4308 3291
Sähköposti: michiel@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