Missä jättiläisplaneetat hallitsevat
Vastasyntyneet planeetat eivät välttämättä ole pieniä. Tähtensä kiertoradalla kertymäkiekoksi kutsutun materiamuodostelman sisällä syntyvät planeetat kehittyvät hyvin nopeassa tahdissa suuriksi, ja ryhtyvät hallitsemaan ratojaan vetovoimansa avulla. Jättiläisplaneettojen synty on monella tapaa itseään voimistava prosessi. Mitä suuremmaksi planeetta ehtii kasvaa, sitä voimakkaampi sen vetovoima ja sitä nopeammin se kasvaa vetämällä puoleensa jäljelläolevaa materiaa tähden kertymäkiekosta. Tilannetta kutsutaan positiiviseksi takaisinkytkennäksi, ja se saa planeetat kasvamaan jättiläismäisiin mittoihin nopeasti.
Havaittaessa vastasyntyneitä planeettoja, peliin astuu mukaan valintaefekti. Mitä suurempi planeetta on kyseessä ja mitä nopeammin se kasvaa, sitä kuumempana se näyttäytyy havaittaessa lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Näemme siksi helpoimmin planeettoja, jotka ovat jo ehtineet kasvaa valtaviksi ja jotka ovat jo imuroineet vetovoimallaan itseensä suuret määrät kaikesta ratansa lähettyvillä saatavilla olevasta materiasta. Koska muodostuminen on nopeaa, vain aniharva planeettakunta on sopiva syntyvien jättiläisplaneettojen havaitsemiselle. Jos planeetat taas eivät ole vielä kasvaneet suuriksi, emme voi nykytekniikalla havaita niitä. Siksi syntyvien planeettojen ja planeettakuntien tutkiminen on vaikeaa. Yhden esimerkin tarjoaa kuitenkin yli 350 valovuoden etäisyydellä oleva nuori tähti PDS 70.
Tähden PDS 70 nuoret planeetat ovat äärimmäisen kiinnostavia. Planeetoista PDS 70 c on osoittautunut ALMA -teleskooppimuodostelman havainnoissa olevansa tähden tapaan kertymäkiekon ympäröimä. Kyseessä on planeetta, jonka ympärille on luultavasti muodostumassa kuiden järjestelmä rinnastuen vaikkapa Jupiterin kuiden monimuotoiseen kokoelmaan. Koko planeettakunta on kuitenkin vasta rakentumassa, mistä on saatu uutta tietoa James Webb -avaruusteleskoopin havainnoista. JWST on erinomainen instrumentti syntymässä olevien planeettakuntien tutkimiseen, koska se on herkkä juuri sopivilla lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Planeettojen syntyprosessien havainnointi onkin ollut yksi teleskoopin tieteellisistä peruspilareista sen suunnittelusta lähtien.
JWST kykenee havaitsemaan samanaikaisesti sekä tähteä kiertäviä planeettoja että sen materiakiekon lähettämää säteilyä. Uusissa havainnoissa näkyy, miten planeettojen vetovoima suorastaa kilpailee tähden vetovoiman kanssa jäljellä olevasta materiasta. Planeettojen gravitaatio on niin voimakasta, että ne imevät itseensä materiaa tähden ympäriltä ja kertymäkiekkoon kehittyy suoranaisia materiavirtoja ohjaamaan ainesta paneettojen pinnalle. Sen seurauksena järjestelmään on muodostunut havaittava, selvärajainen reunus (Kuva 1.) planeetoista ulomman radan ulkopuolelle. Raja kertoo kuinka kaukaa planeetat kylkenevät haalimaan materiaa itseensä kasvaessaan edelleen. Planeetat ovat muodostaneet itselleen rengasmaisen alueen, jossa ei näy merkkejä lämpösäteilyä vapauttavasta pölystä, koska lähes kaikki pöly on siivottu pois planeettojen vetovoimien vaikutuksesta.
Merkittävää on myös kasvavien planeetojen itsensä havainto JWST:n avulla. Se antaa mahdolisuuden tutkia niiden lähettämää valoa entistä tarkemmin. Havainnot kertovat ylimääräisestä säteilystä, jota ei voida selittää pelkkien planeettojen avulla, vaan molempien jättiläisplaneettojen ympärillä on todennäköisesti omat kertymäkiekkonsa kielimässä kuiden synnystä. Voimme verrata tilannetta oman Aurinkokuntamme Jupiteriin ja Saturnukseen. On välittömästi ilmeistä, että kuita ei ole muodostumassa vain PDS 70 -järjestelmän eksoplaneettojen kiertoradalle, vaan samat mekanismit tuottavat niitä valtavissa määrin kaikkialle, missä vain muodostuu jättiläisplaneettoja.
Edes JWST:n huikea tarkkuus ei kuitenkaan riittänyt kolmannen planeetan merkkien havaitsemiseen millään varmuudella. Aiempien havaintojen perusteella raportoitu kolmas kiertolainen on siten todennäköisesti planeetaksi tulkittu havaintokohinan tuottama häiriö, eikä tähdellä ole ylimääräisiä jättiläisplaneettoja kumppaneinaan. Sekin on kuitenkin merkittävä tieto, koska planeettojen synnyn ymmärtämisessä on tärkeää tietää minkälaisia planeettoja muodostuu ja minkälaisia ei.
Jos havaittujen jättiläisplaneettojen ratojen sisäpuolella ei ole lisää kaasujättiläisiä, tarjoaa tähden PDS 70 sisäplaneettakunta mainiot olosuhteet kiviplaneettojen synnylle. Kiinnostavuutta lisää aiempi, myöskin JWST:n avulla tehty, havainto vedestä sisäplaneettakunnan alueella. Kosteissa olosuhteissa syntyvät sisäplaneetat ovat kiehtova ajatus, mutta PDS 70 on vasta noin viisi miljoonaa vuotta vanha tähti, eikä Maata muistuttavien kiviplaneettojen synty ole vielä päässyt kunnolla vauhtiin sen sisäplaneettakunnassa. Protoplaneettoja eli planeettojen pienempiä esiasteita luultavasti jo on, ja planeettojen muodostuminen on käynnissä pölyn kasaantuessa aluksi pieniksi kappaleiksi ja lopulta niin suuriksi, että ne vaikuttavat toistensa ratoihin vetovoimallaan. Siinä kuitenkin kestää ainakin kymmeniä miljoonia vuosia, ja kaoottisen prosessin lopputulos on kaikkea muuta kuin varma. On mahdotonta ennustaa minkälaisia kiviplaneettoja järjestelmään on syntymässä.
Sisäplaneettakunnan muodostuminen ja koossapysyminen vaatii myös sen, että jättiläisplaneetat eivät vaella liian lähelle tähteä ja häiritse kiviplaneettojen syntyä. Jättiläisplaneetat voivat vaeltaa lähemmäs tähteään vuorovaikuttaessaan kertymäkiekon kanssa tai häiritsemällä vetovoimillaan toistensa ratoja. Pahimmillaan niistä sisempi saattaisi jopa päätyä aivan tähden lähelle kuumaksi jupiteriksi, mikä paljolti pyyhkisi pois koko kappaleiden kirjon sisäplaneettakunnasta, mukaan lukien muodostumaan ehtineet kiviplaneetat.
PDS 70 tarjoaa vasta toisen esimerkin usean planeetan järjestelmästä, jonka havaitseminen on onnistunut suoraan kuvaamalla. Se on siksi äärimmäisen arvokas kohde koettaessamme haalia tietoja planeettakuntien syntyprosesseista. Valtaosa tunnetuista nuorista planeettakunnista on hiukan vanhempia, jolloin jättiläisplaneetat eivät enää loista voimakasta lämpösäteilyä. Niiden muodostuminen on edennyt lähelle loppuaan ja ne ovat viilenneet, koska ovat saavuttaneet lopullisen kokonsa eivätkä enää kerää itseensä materiaa. Sellaisissa järjestelmissä voidaan havaita vain jäljelläoleva materiakiekko ja planeettojen vetovoimallaan siihen uurtamat symmetriset aukot. Planeetat kuitenkin jatkavat tähtensä kiertämistä kiekkoon siivoamiensa aukkojen kohdalla. Niiden tutkimiseen vain vaaditaan muita menetelmiä. Lämpösäteily ei enää paljasta niiden olemassaoloa.