Muita maailmoja Linnunradassa
Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 8.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017 sekä Kansainvälistä avaruusviikkoa 4.-10.10., jonka teemana tänä vuonna on ”Exploring new worlds in space”.
Eksoplaneettoja eli muita kuin omaa tähteämme kiertäviä planeettoja on löydetty 1990-luvulta saakka. Ensimmäiset löydetyt planeetat olivat hyvin kummallisia meille aurinkokunnan touhuihin tottuneille: ne olivat jättimäisiä kaasuplaneettoja, jotka kiersivät soikeilla radoilla pöyristyttävän lähellä tähteään – jopa niin lähellä, että yhteen kierrokseen sen ympäri meni vain muutamia päiviä.
Eksoplaneettojen suora kuvaaminen on todella haastavaa, koska tähdet ovat kirkkaita ja planeetat eivät ole. Tämä kuva on parasta, mihin toistaiseksi pystytään. Siinä vuonna 2016 löydetty eksoplaneetta HD 131399Ab seikkailee kolmoistähtijärjestelmän sisällä. (Tähdet ovat kuvassa ylävasemmalla ja alaoikealla, planeetta on keskellä.) Se on kooltaan ”vain” nelisen Jupiterin massaa ja sen lämpötila on ”vain” 580 celsiusastetta, mikä tekee siitä pienimmän ja kylmimmän eksoplaneetan mitä on saatu valokuvattua suoraan. ESOn sivuilta löytyy pitkä ja seikkaperäinen teksti planeetasta suomeksi:
https://www.eso.org/public/finland/news/eso1624/
Kuva ESO / K. Wagner et al.
Meillähän kaasuplaneetat ovat kiltisti planeettakunnan ulkolaidalla. Kaikki meikäläiset planeetat kiertävät Aurinkoa liki pyöreillä radoilla ja pätsimäiseltä Merkuriukseltakin kestää säädylliset kolmisen kuukautta kiertää tähtemme ympäri.
Planeetat syntyvät tiivistymässä olevan tähden ympärille muodostuvassa kaasu- ja pölykiekossa. (Tähtien synnystä lisää ensi viikolla!) Yleisen käsityksen mukaan kosmisten pölyhiukkaset takertuvat kiekossa hissukseen toisiinsa ja kasvavat törmäilemällä suuremmiksi. Nopeimmin kasvavat ulompana kiekossa kehittyvät yksilöt, joiden kylmillä syntyalueilla on riittävästi jäätä kasvuun. Tämä mahdollistaa jättiläisplaneettojen muhkean kaasukehän muodostumisen.
Eksoplaneettoja meidän kapeakatseiset oletuksemme eivät kuitenkaan kiinnnostaneet ja tähden kyljessä kieppuvia jättiläisplaneettoja löytyi aina vain lisää. Käyttöön vakiintui termi ”kuuma jupiter”. Paitsi että planeettojen kehitys alkoi näyttää hyvin hämmentävältä, ei elämän esiintyminen muualla maailmankaikkeudessa näyttänyt sekään kovin hääviltä. Mitä kävisi kiviplaneetoille moisessa systeemissä? Kuumien jupiterien mahdollisten kuidenkin pinnalla olisi lyijyä sulattavat helteet.
Sittemmin hoksattiin mekanismi, jonka avulla planeetat voivat muodostumisensa aikana siirtyä joko lähemmäs (tai kauemmas) tähdestään. Tähtiä hipovat kaasujätit olivat voineet alun perin muodostuneet kauempana, jossa jäitä on yllin kyllin. Nykyään näyttää siltä, että Jupiter ja Saturnuskin ovat seikkailleet villissä nuoruudessaan ympäri aurinkokuntaa.
Konstit etsiä planeettoja ovat nykyään pitkälti samat kuin ennenkin: tähden edestä kulkevat planeetat himmentävät tähden loistetta ja muunlaisilla radoilla kulkevat nykivät hiukan tähteä niin että se näyttää huojahtelevan taivaalla. Tähden valo on opittu miinustamaan kuvasta siten, että himmeät planeetat sen vierellä tulevat näkyviin. Näin on saatu muutamia suoria valokuvia eksoplaneetoista.
Eksoplaneettoja on silti hankalaa havaita. Tähdet ovat suuria ja kirkkaita, ja planeetat niiden rinnalla pikkuruisia, minkä lisäksi ne eivät säteile valoa – korkeintaan hehkuvat hiukan lämpiminä tai heijastavat tähden loimua.
Menetelmien tarkkuus on kuitenkin kehittynyt. Siinä missä aiemmin löydettiin vain ne ne helpot tapaukset – tähteä vavisuttavat läheiset jättiplaneetat – nykyään löydetään myös pieniä kiviplaneettoja kauempaa tähteään, alueelta, jossa vesi voisi esiintyä juoksevana. Sehän on kiinnostavaa, jos elämän etsintä kiinnostaa. Ja kiinnostaahan se! (Tässä kohtaa voidaan esittää asiallinen kysymys, tarvitseeko elämä vettä syntyäkseen. Lyhyesti: emme tiedä, mutta vesi on kovin yleistä Linnunradassa ja ainoa tuntemamme elämä tarvitsee vettä. Jotain liuotinta jossa kemialliset reaktiot tapahtuvat taidetaan tarvita. Ja jostainhan se etsintä on aloitettava.)
Tässä videossa neljä Jupiteria suurempaa planeettaa kiertää kirkasta tähteä HR 8799, joka sijaitsee noin 130 valovuoden päässä meistä. Kaikki kiertävät tähteä melko kaukana – sisin niistä kiertäisi aurinkokunnassa Saturnuksen ja Uranuksen ratojen välissä. Tähden valo on saatu poistettua kuvasta, jolloin planeetat tulevat näkyviin. Videoon on yhdistetty Keck-teleskoopilla seitsemän vuoden aikana tehdyt havainnot planeettojen liikkeestä.
Tätä kirjoittaessa vahvistettuja eksoplaneettalöytöjä on reilut 3 600 kappaletta. Tunnemme 616 useamman planeetan järjestelmää. Näiden avulla voidaan koettaa arvioida, miten yleisiä erilaiset planeetat lopulta ovat. Koska käytännössä kaikki löytyneet eksot sijaitsevat Linnunradassa, arviot koskevat suoraan omaa galaksiamme.
Lähtökohta on toki se, montako tähteä Linnunradassa on. Niitäkään ei kukaan ole yksitellen laskenut (ajatelkaa, mikä homma siinäkin olisi) emmekä edes voi nähdä kaikkia, mutta eri havaintoja yhdistelemällä on päätelty, että niitä on sadasta neljäänsataan miljardia kappaletta.
Muodostuuko kaikkien niiden ympärille planeettoja? Varmastikaan ei ihan jokaisen, koska tähdet muodostuvat suurissa ryppäissä ja naapuruston meiningit vaikuttavat planeettoja synnyttävän kiekon olemassaoloon. Iso kirkas naapuri saattaa säteillä koko kiekon tiehensä. Mutta kaikki tähdet syntyvät kaasupilvistä, ja kiekon muodostuminen niiden ympärille tapahtuu luonnollisena seurauksena sille, että pilven materiaalia putoaa pyörivän tähtialokkaan pinnalle.
Tähdet valmistavat ydinprosesseissaan ja supernovina räjähdellessään raskaampia alkuaineita. Punaiset jättiläistähdet rakentelevat pölyä pintakerroksissaan, jotka ne hulmauttavat avaruuteen elämänsä ehtoolla. Mitä useampi tähtisukupolvi on rikastuttanut kaasupilviä posahdellessaan, sitä enemmän siellä on planeettojen rakennusmateriaaleja.
Millaisia planeettoja siellä syntyy? Kaasuplaneetat kasvavat kaasun avulla, ja kun tähti on kasvanut riittävän suureksi syttyäkseen loistamaan, se puhaltaa kiekon kaasut ympäriltään hiiteen. Kiviplaneetat voivat kasvaa edelleen popsimalla ympäristönsä kiinteitä murikoita joita nuoren tähden uhittelu ei hätkäytä. Näitä kiviplaneettojen tähteitä on meilläkin edelleen olemassa, kutsumme niitä asteroideiksi.
Toistaiseksi löydettyjen eksoplaneettojen koko- ja koostumusjakauman perusteella alkaa näyttää siltä, että planeetat ovat valtavan yleisiä, ja kiviplaneettoja on enemmän kuin kaasujättejä. Viralliset arviot Linnunradan eksoplaneettojen määrästä liikkuvat 100 miljardin planeetan kieppeillä, ja Auringon kaltaisten tähtien ympärillä, alueella jossa vesi voi virrata nestemäisenä, on arvioitu olevan reilut 10 miljardia kivistä planeettaa. Sitten ovat vielä ne arviolta miljardit yksinäiset hiipparit, jotka ovat tulleet singotuksi ulos planeettakunnastaan sen syntyaikojen lähiohituksissa. Aurinkokuntakin näyttää dynamiikkalaskujen mukaan menettäneen ainakin yhden planeetan tällä tavalla.
Ovatko ne elinkelpoisia? Sitä ei osaa sanoa kukaan. Käsityksemme elämästä on hiukan rajallinen, mutta lääniä näyttää piisaavan. Ja etsintähän on oikeastaan vasta alkanut.
Koska eksoplaneettoja on niin vaikea valokuvata, ja ne nähdään kuvissa toistaiseksi vain murheellisina valotöhninä, voimme koettaa tehdä valistuneita arvailuja siitä, miltä niiden pinnalla voisi näyttää. Tätä varten on olemassa avaruuskuvittajia, jotka tekevät tähtitieteilijöiden kanssa yhteistyötä, jotta kuvat voisivat vastata todellisuutta mahdollisimman hyvin. Tämä taiteilijan näkemys esittää auringonlaskua nähtynä kolmoistähtijärjestelmässä kiertävältä planeetalta nimeltä Gliese 667 Cc. Se vastaa massaltaan noin neljää maapalloa ja sijaitsee meistä vajaan 24 valovuoden etäisyydellä. Tällaisia planeettoja kutsutaan usein supermaapalloiksi, ja koska sen läpimittaa ei tunneta, ei ole varmaa, onko kyseessä kiviplaneetta vai hyvin pieni kaasuplaneetta. Tässä on kuviteltu sen olevan kiviplaneetta (jonka pinnalla virtaa vieläpä jotain nestettä). Taivaan kirkkain tähti on punainen kääpiö Gliese 667 C. Kaksi muuta tähteä, Gliese 667 A ja B, sijaitsevat kauempana ja näkyvät taivaalla oikealla.
Kuva ESO / L. Calçada