Lehdistötiedote

ALMA löysi vauvaplaneettakolmikon vastasyntyneen tähden ympäriltä

Uusi oman galaksimme nuorimpien planeettojen etsimismenetelmä

13. kesäkuuta 2018

Kaksi itsenäisesti työtä tehnyttä tähtitieteilijäryhmää on käyttänyt ALMA:a löytääkseen vakuuttavaa todistusaineistoa siitä, että vauvatähteä HD 163296 kiertää kolme nuorta planeettaa. Käyttäen uutta planeettojenetsimismenetelmää tähtitieteilijät tunnistivat kolme häiriötä nuorta tähteä ympäröivässä, kaasun täyttämässä kiekossa: tähän mennessä vahvin todiste siitä, että siellä on tähteä kiertävillä radoilla hiljattain muodostuneita planeettoja. Näitä pidetään ensimmäisinä ALMA:lla löydettyinä planeettoina.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on muovannut ymmärtämystämme protoplanetaarisista kiekoista — nuoria tähtiä ympäröivistä kaasun ja tomun täyttämistä planeettatehtaista. Renkaat ja aukot näissä kiekoissa tarjoavat kiehtovaa perusteellista todistusaineistoa protoplaneettojen olemassaolosta [1]. Muut ilmiöt voivat kuitenkin selittää nämä houkuttelevat piirteet.

Käyttäen uutta planeettojenetsimismenetelmää, joka tunnistaa epätavallisia kuvioita nuorta tähteä ympäröivän planeettoja muodostavan kiekon kaasun virtauksissa, kaksi tähtitieteilijäryhmää ovat kumpikin vahvistaneet vauvatähteä kiertävien hiljattain muodostuneiden planeettojen selvän paljastavan merkin [2].

"Protoplanetaarisen kiekon kaasun virtausten mittaaminen antaa meille paljon enemmän varmuutta, että nuorta tähteä ympäröi planeettoja," sanoi Christophe Pinte (Monash University, Australia ja Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, Université de Grenoble-Alpes/CNRS, Ranska), toisen uuden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Tämä menetelmä tarjoaa lupaavan uuden suunnan ymmärtää kuinka planeettajärjestelmät muodostuvat."

Vastaavien löytöjensä tekemiseksi kumpikin ryhmä analysoi ALMA:n havaintoja nuoresta, noin 330 valovuoden etäisyydellä Maasta Jousimiehen tähdistössä (Sagittarius) sijaitsevasta tähdestä HD 163296 [3]. Tämä tähti on noin kahden Auringon massainen, mutta vain neljän miljoonan vuoden ikäinen, mikä on vain tuhannesosa Auringon iästä.

"Me katsoimme paikallisia, pienen mittakaavan liikkeitä tähden protoplanetaarisen kiekon kaasussa. Tämä täysin uusi lähestymistapa saattaa paljastaa joitakin galaksimme nuorimmista planeetoista, täysin kiitos ALMA:n suuren erotuskyvyn kuvien," sanoi Richard Teague, Michiganin yliopiston tähtitieteiljä ja toisen tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja.

Sen sijaan, että keskittyisivät aikaisemmissa ALMA-havainnoissa selvästi kuvattuun kiekon sisältämään tomuun, tähtitieteilijät tutkivat sen sijaan hiilimonoksidikaasua (CO) koko kiekon alueella. CO-molekyylit säteilevät hyvin omaleimaista millimetrin aallonpituuden valoa, jota ALMA voi havaita hyvin tarkasti. Hienoiset vaihtelut tämän valon aallonpituudessa Dopplerin ilmiöstä johtuen paljastavat kaasun liikkeet kiekossa.

Teaguen johtama tutkimusryhmä tunnisti kaksi planeettaa noin 12 miljardin ja 21 miljardin kilometrin etäisyydellä tähdestä. Toinen, Pinten johtama tutkimusryhmä tunnisti planeetan noin 39 miljardin kilometrin etäisyydellä tähdestä [4].

Molemmat ryhmät käyttivät eri muunnelmaa samasta menetelmästä, joka etsii CO-säteilyn aallonpituuksien siirtymien osoittamia poikkeamia kaasun virtauksessa, joka ilmaisee kaasun vuorovaikutuksen massiivisen kappaleen kanssa [5].

Teaguen käyttämä menetelmä, joka määrittää kaasun virtauksen keskimääräiset vaihtelut vain muutaman prosentin tarkkuudella, paljasti useiden planeettojen vaikutuksen kaasun liikkeissä lähempänä tähteä. Pinten käyttämä menetelmä, joka mittaa suoremmin kaasun virtauksia, sopii paremmin kiekon ulompien osien tutkimiseen. Sen ansiosta kirjoittajat saattoivat paikantaa tarkemmin kolmannen planeetan, mutta se on rajoittunut virtauksen suurempiin poikkeamiin, suurempiin kuin noin 10%.

Molemmissa tapauksissa tutkijat tunnistivat alueita, joissa kaasun virtaus ei sopinut yhteen ympäristön kanssa — hieman kuin kiven aiheuttamat pyörteilyt joessa. Analysoimalla huolellisesti tämän liikkeen he saattoivat selvästi nähdä Jupiterin massaisten planeettojen vaikutuksen.

Tämän uuden menetelmän ansiosta tähtitieteilijät saattavat arvioida tarkemmin protoplanetaariset massat eikä se niin todennäköisesti tuota vääriä tuloksia. "Tuomme nyt ALMA:n planeettojen etsinnän eturintamaan ja keskustaan," sanoi yksi kirjoittajista, Ted Bergin Michiganin yliopistosta.

Kumpikin tutkimusryhmä jatkaa tämän menetelmän parantelua ja käyttää sitä muihin kiekkoihin, joissa he toivovat ymmärtävänsä paremmin kuinka kaaskukehät muodostuvat ja mitkä alkuaineet ja molekyylit kulkeutuvat planeettoihin niiden syntyessä.

Lisähuomiot

[1] Vaikka tuhansia eksoplaneettoja on löydetty viimeisten kahden vuosikymmenen aikana, protoplaneettojen tunnistaminen on yhä tieteen eturintamassa eikä tätä ennen ole ollut yksiselitteisiä löytöjä. Tällä hetkellä käytetyt menetelmät eksoplaneettojen löytämiseksi täysin muodostuneissa planeettajärjestelmissä — kuten tähden vaappumisen mittaaminen tai tähden valon himmenemä ylikulkevan planeetan johdosta — eivät toimi protoplaneettoja etsittäessä.

[2] Kaasun liikkeellä tähden ympärillä ilman planeettoja on hyvin yksinkertainen, ennustettava kuvio (Keplerin lakien mukainen kierto), jota on lähes mahdoton muuttaa sekä johdonmukaisesti että paikallisesti, joten vain suhteellisen massiivinen kappale voi muodostaa tällaisia häiriöitä.

[3] ALMA:n häikäisevät kuvat tähdestä HD 163296 ja muista vastaavista järjestelmistä ovat paljastaneet kiehtovia sisäkkäisten renkaiden ja aukkojen kuvioita protoplanetaarisissa kiekoissa. Nämä aukot saattavat olla todiste tomun ja kaasun halki kyntävistä protoplaneetoista, jotka kahmivat osan siitä omaan kaasukehäänsä. Aikaisempi tutkimus tämän nimenomaisen tähden kiekosta osoittaa, että tomun ja kaasun aukot ovat päällekkäisiä, mikä antaa ymmärtää, että siellä on muodostunut vähintään kaksi planeettaa.

Nämä alustavat havainnot tuottivat kuitenkin vain aihetodisteita eikä niitä voi käyttää planeettojen massojen määrittämiseen tarkasti.

[4] Nämä vastaavat 80, 140 ja 260 Maan etäisyyttä Auringosta.

[5] Tämä menetelmä on samanlainen kuin planeetta Neptunuksen löytymiseen 1800-luvulla johtanut menetelmä. Tuolloin planeetta Uranuksen liikkeen häiriöitä käyttäen jäljitettiin tuntemattoman kappaleen painovoimavaikutukset. Myöhemmin tämä kappale nähtiin vuonna 1846 ja todettiin aurinkokunnan kahdeksanneksi planeetaksi.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty kahdessa tutkimusjulkaisussa, jotka ilmestyvät julkaisusarjan Astrophysical Journal Letters samassa numerossa. Ensimmäinen on "Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc", jonka kirjoittivat C. Pinte et al., ja toinen "A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets", jonka kirjoittivat R. Teague et al.

Pinten tutkimusryhmään kuuluvat C. Pinte (Monash University, Clayton, Victoria, Australia; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), D. J. Price (Monash University, Clayton, Victoria, Australia), F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), G. Duchêne (University of California, Berkeley California, USA; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Ranska), W.R.F. Dent (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), T. Hill (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), I. de Gregorio-Monsalvo (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), A. Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA) ja D. Mentiplay (Monash University, Clayton, Victoria, Australia).

Teaguen tutkimusryhmään kuuluvat Richard D. Teague (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Jaehan Bae (Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA), Edwin A. Bergin (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Tilman Birnstiel (Yliopiston observatorio, Ludwig-Maximilians-Universität München, München, Saksa) ja Daniel Foreman- Mackey (Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA).

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen Euroopan, Pohjois-Amerikan ja Itä-Aasian kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittaa Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontiedeinstituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (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. ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. 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 VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu Pinte et al. julkaisusarjassa Astrophysical Journal Letters
  
• Tutkimusjulkaisu Teague et al. julkaisusarjassa Astrophysical Journal Letters
  
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Christophe Pinte
Monash University
Clayton, Victoria, Australia
Puh.: +61 4 90 30 24 18
Sähköposti: christophe.pinte@univ-grenoble-alpes.fr

Richard Teague
University of Michigan
Ann Arbor, Michigan, USA
Puh.: +1 734 764 3440
Sähköposti: rteague@umich.edu

Calum Turner
ESO Assistant Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Sähköposti: calum.turner@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