Lehdistötiedote

Tähden purkaus toi veden lumirajan näkyviin

13. heinäkuuta 2016

ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on ensi kertaa havaittu yksityiskohtia veden lumirajalta protoplanetaarisessa kiekossa. Tämä raja osoittaa, missä nuorta tähteä ympäröivässä kiekossa lämpötila laskee tarpeeksi alas lumen muodostumiseen. Nuoren tähden V883 Orionis dramaattinen kirkastuminen kuumensi kerralla kiekon sisäosia puskien veden lumirajan ulos paljon normaalia prototähteä suuremmille etäisyyksille tehden sen havaitsemisen mahdolliseksi ensimmäistä kertaa. Tulokset julkaistaan julkaisusarjassa Nature 14. heinäkuuta 2016.

Nuoria tähtiä ympäröi usein protoplanetaariseksi kiekoksi kutsuttu tiheä, pyörivä kaasu- ja tomukiekko, jossa planeetat muodostuvat. Tyypillisen nuoren auringonkaltaisen tähden kuumuus pitää protoplanetaarisen kiekon veden kaasumaisena noin 3 AU:n etäisyydelle tähdestä [1], mikä on alle kolme kertaa Maan ja Auringon keskietäisyys eli noin 450 miljoonaa kilometriä [2]. Äärimmäisen alhaisen paineen johdosta vesimolekyylit härmistyvät ulompana suoraan jääpatinaksi tomu- ja muiden hiukkasten pinnalle. Protoplanetaarisen kiekon aluetta, jossa vesi härmistyy kaasusta kiinteään olomuotoon tai sublimoituu kiinteästä kaasumaiseen, kutsutaan veden lumirajaksi [3].

Tähti V883 Orionis on kuitenkin epätavallinen. Sen kirkkauden dramaattinen lisääntyminen on puskenut lumirajan ulos noin 40 AU:n etäisyydelle (noin 6 miljardia kilometriä eli suunnilleen oman aurinkokuntamme kääpiöplaneetta Pluton kiertoradan koko). Tämän valtavan kasvun, yhdistettynä ALMA:n erotuskykyyn suurilla perusviivoilla [4], ansiosta Lucas Ciezan (Millennium ALMA Disk Nucleus ja Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) johtama tutkimusryhmä on tehnyt kaikkien aikojen ensimmäiset havainnot protoplanetaarisen kiekon lumirajasta.

Tähden V883 Orionis kokema yht'äkkinen kirkastuminen on esimerkki siitä, mitä tapahtuu, kun suuria määriä nuorta tähteä ympäröivän kiekon materiaa putoaa sen pinnalle. V883 Orionis on vain 30% massiivisempi kuin Aurinko, mutta sen kokeman purkauksen ansiosta se on tällä hetkellä huikeat 400 kertaa kirkkaampi — ja paljon kuumempi [5].

Pääkirjoittaja Lucas Cieza selittää: "ALMA:n havainnot tulivat meille yllätyksenä. Havaintomme oli suunniteltu tarkastelemaan kiekon planeettojen muodostumiseen johtavaa pirstoutumista. Me emme nähneet mitään sellaista. Sen sijaan löysimme jotakin, joka näyttää renkaalta 40 AU:n etäisyydellä. Tämä osoittaa hyvin ALMA:n muutostehokkuuden, joka tuottaa jännittäviä tuloksia silloinkin, kun niitä ei ole etsitty."

Outo ajatus avaruudessa kiertävästä lumesta on planeettojen muodostumisen perusperiaate. Vesijään olemassaolo säätelee tomuhiukkasten kasaantumisen tehokkuutta, joka on planeettojen muodostumisen ensimmäinen askel. Lumirajalla, jossa vesi sublimoituu, pienempien, omamme kaltaisten kiviplaneettojen ajatellaan muodostuvan. Lumirajan ulkopuolella vesijään olemassaolon ansiosta muodostuu nopeasti kosmisia lumipalloja, jotka aikanaan muodostavat Jupiterin kaltaisia massiivisia kaasuplaneettoja.

Havainto siitä, että nämä purkaukset saattavat singota lumirajan noin 10 kertaa tyypillistä sädettään kauemmas on hyvin merikttävä hyvien planeettojen muodostumisteorioiden kehittämiselle. Tällaisten purkausten on ajateltu olevan yksi vaihe useimpien planeettajärjestelmien kehityksessä, joten tämä saattaa olla ensimmäinen havainto yleisestä ilmiöstä. Siinä tapauksessa tämä ALMA:n havainto saattaa auttaa merkittävästi ymmärtämään paremmin kuinka planeetat kautta koko maailmankaikkeuden muodostuvat ja kehittyvät.

Lisähuomiot

[1] 1 AU, eli yksi tähtitieteellinen yksikkö (englanniksi nykyään au — suomeksihan tämä ei toimi ilmeisistä syistä, vaikka Wikipediassa toisin väitetään), on Maan ja Auringon keskietäisyys eli jokseenkin 149.6 miljoonaa kilometriä. Tätä yksikköä käytetään tyypillisesti kuvailemaan aurinkokunnan ja muita tähtiä ympäröivien planeettajärjestelmien sisäisiä etäisyyksiä.

[2] Aurinkokunnan muodostumisen aikoihin tämä raja oli Marsin ja Jupiterin kiertoratojen välillä ja siten kiviplaneetat Merkurius, Venus, Maa ja Mars muodostuivat rajan sisäpuolella ja kaasuplaneetat Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus sen ulkopuolella.

[3] Muiden molekyylien, kuten hiilimonoksidin ja metaanin, lumirajoja on aikaisemmin havaittu ALMA:lla 30 AU:ta suuremmilla etäisyyksillä prototähdestä muissa protoplanetaarisissa kiekoissa. Vesi jäätyy suhteellisen korkeassa lämpötilassa, mikä tarkoittaa, että veden lumiraja on yleensä aivan liian lähellä prototähteä havaittavaksi suoraan.

[4] Erotuskyky tarkoittaa kykyä erottaa kohteita toisistaan. Ihmissilmälle usea kirkas soihtu suurella etäisyydellä näyttää yhdeltä hohtavalta pisteeltä ja vasta lähempää tarkasteltuna jokainen soihtu on erotettavissa toisistaan. Sama periaate toimii myös teleskoopeilla ja nämä uudet havainnot ovat hyödyntäneet ALMA:n erinomaista erotuskykyä sen pitkän perusviivan toimintatiloissa. ALMA:n erotuskyky tähden V883 Orionis etäisyydellä on noin 12 AU, joka on tarpeeksi erottamaan veden lumiraja 40 AU:n etäisyydellä tähdestä tässä purkautuvassa järjestelmässä, mutta ei riitä tyypillisen nuoren tähden tapauksessa.

[5] Tähden V883 Orionis kaltaiset tähdet luokitellaan FU Orionis -tähdiksi, alkuperäisen, tämänkaltaisen tähden mukaan. Purkaukset saattavat kestää satoja vuosia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "Imaging the water snow-line during a protostellar outburst”, jonka kirjoittivat L. Cieza et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature on 14. heinäkuuta 2016.

Tutkimusryhmään kuuluvat Lucas A. Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus; Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Simon Casassus (Universidad de Chile, Santiago, Chile), John Tobin (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Alankomaat), Steven Bos (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Alankomaat), Jonathan P. Williams (University of Hawai'i at Manoa, Honolulu, Havaiji, USA), Sebastian Perez (Universidad de Chile, Santiago, Chile), Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Claudio Cáceres (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Hector Canovas (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Michael M. Dunham (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Antonio Hales (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Jose L. Prieto (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), David A. Principe (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), Matthias R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Valparaiso, Chile), Dary Ruiz-Rodriguez (Australian National University, Mount Stromlo Observatory, Canberra, Australia) ja Alice Zurlo (Universidad Diego Portales & Universidad de Chile, Santiago, Chile).

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, U.S. National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (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 maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, 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 yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Lucas Cieza
Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
Puh.: +56 22 676 8154
Matkapuhelin: +56 95 000 6541
Sähköposti: lucas.cieza@mail.udp.cl

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