Lehdistötiedote

Uudet havainnot ovat paljastaneet, että planeettoja muodostava kiekko on hajonnut järjestelmän keskustassa olevan kolmoistähden vaikutuksesta

3. syyskuuta 2020

Ryhmä tähtitieteilijöitä on ensimmäistä kertaa havainnut, että tähtien joukko pystyy merkittävästi häiritsemään planeettoja muodostavaa kiekkoa, jolloin se vääntyy ja muodostaa kallellaan olevia rengasmaisia rakenteita. Tämän uuden tutkimuksen mukaan tällaisessa ympärisössäkin voi muodostua eksoottisia planeettoja muistuttaen Tatooine-planeettaa Star Warsissa. Havainnot on tehty Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescopen (ESO:n VLT-kaukoputki) ja Atacama Large Millimeter/submillimeter Array eli ALMA-radioteleskoopien verkoston avulla.

Aurinkokuntamme on rakenteeltaan huomattavan litteä ja planeetat kiertävät Auringon ympäri samassa tasossa. Näin ei kuitenkaan aina ole ja varsinkin useiden tähtien ympärillä olevissa planeettoja muodostavissa kiekoissa, kuten uuden tutkimuksen kohteessa GW Orionis-järjestelmässä, tämä saattaa olla yleistä. Tällä järjestelmällä, joka sijaitsee hieman yli 1300 valovuoden päässä Orionin tähdistössä, on kolme tähteä ja niitä ympäröivä epämuodostunut, hajonnut kiekko.

”Kuvamme tuovat esille äärimmäisen tapauksen, jossa levy ei ole lainkaan litteä, vaan se on vääntynyt ja siinä on levystä irrallaan oleva vääntynyt  rengas”, Stefan Kraus, Iso-Britannian Exeterin yliopiston astrofysiikan professori sanoi. Hän johti tänään Science-lehdessä julkaistua tutkimusta. Vääntynyt rengas sijaitsee kiekon sisäosassa kolmen tähden lähellä.

Uusi tutkimus paljasti myös, että tässä sisärenkaassa on 30 Maan massaa pölyä, joka voisi olla riittävä määrä planeettojen muodostamiselle. ”Kaikki taipuneen renkaan sisällä muodostuvat planeetat kiertäisivät tähteä erittäin kaltevilla kiertoradoilla ja me ennustamme, että tulevissa planeettakuvauskampanjoissa, esimerkiksi ELT:n avulla tullaan löytämään useita planeettoja kaltevilla ja leveillä radoilla”, tutkimusryhmän jäsen Alexander Kreplin Exeterin yliopistosta sanoi. Hän viittasi vastauksessaan ESO:n erittäin suureen teleskooppiin (ELT), jonka on tarkoitus aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä. Koska yli puolet taivaan tähdistä syntyy yhden tai useamman seuralaisen kanssa, niin Universumissa voisi olla tuntematon eksoplaneettojen populaatio, joka kiertää tähtiään hyvin kaltevilla ja kaukaisilla kiertoradoilla.

Lopullisten tulosten saamiseksi ryhmä havaitsi GW Orionisia yli 11 vuoden ajan. Vuodesta 2008 alkaen he käyttivät Chilessä ESO:n VLT-interferometriä ja siinä olevia valoa yhdisteleviä AMBER- ja myöhemmin GRAVITY-instrumentteja. Näiden avulla he tutkivat järjestelmän kolmen tähden gravitaation aiheuttamaa tanssia ja he määrittivät niiden kiertoradat. ”Huomasimme, että kolme tähteä eivät kierrä samassa tasossa, vaan niiden kiertoradat ovat eri tasoissa toisiinsa nähden ja suhteessa kiekkoon”, ryhmän jäsen Alison Young Exeterin ja Leicesterin yliopistoista kertoi.

He havaitsivat järjestelmää myös SPHERE-instrumentilla ESO:n VLT:llä ja ALMA:lla, jossa ESO on mukana yhtenä kumppanina. Näiden avulla he pystyivät kuvaamaan sisemmän renkaan ja vahvistamaan sen taipumisen. ESO:n SPHERE:n avulla he näkivät ensimmäistä kertaa renkaan aiheuttaman varjon muun kiekon päällä. Tämän avulla he pystyivät selvittämään kiekon ja renkaan 3D-rakenteen.

Kansainvälinen tutkimusryhmä, johon kuului tutkijoita Yhdistyneestä kuningaskunnasta, Belgiasta, Chilestä, Ranskasta ja Yhdysvalloista, vertaisi havaintoja tietokonesimulaatioihin ymmärtääkseen, mitä järjestelmälle oli tapahtunut. Ensimmäistä kertaa he pystyivät selvästi liittämään kiekossa havaitut poikkeavuudet teoreettiseen ”kiekkoa hajottavaan vaikutukseen”. Ilmeisesti tähtien aiheuttamat erilaiset gravitaatiovaikutukset pystyvät taivuttamaan ja hajottamaan kiekkojen rakennetta.

Heidän tekemänsä simulaatiot osoittivat, että tähtien kiertoratojen kallistuminen saattaisi aiheuttaa kiekon hajoamisen erillisiksi renkaiksi, mikä vastaa heidän havaintojaan. Sisemmän renkaan havaittu muoto vastaa myös numeeristen simulaatioiden ennusteita siitä, miten kiekko hajoaisi.

On kiinnostavaa, että myös toinen ryhmä, joka tutki ALMA:n avulla samaa kohdetta uskoo, että järjestelmän rakenteen ymmärtämiseksi tarvitaan toinen tekijä. ”Mielestämme planeetan olemassaolo näiden renkaiden välissä pystyisi selittämään, miksi kiekko on hajonnut”, sanoi Jiaqing Bi kanadalaisesta Victorian yliopistosta, joka johti The Astrophysical Journal Letters-lehdessä tämän vuoden toukokuussa julkaistua tutkimusta GW Orionista. Hänen tutkimusryhmänsä tunnisti ALMA:n havainnoista kolme pölyrengasta, joiden uloin rengas on suurin, mitä planeettoja muodostavissa kiekoissa on koskaan havaittu .

Tulevat ESO:n ELT:llä ja muilla kaukoputkilla tehtävät havainnot saattavat auttaa tähtitieteilijöitä paljastamaan GW Orionisin todellisen luonteen ja niiden avulla ehkä pystytytään löytämään kolmen tähden ympärille muodostuvia nuoria planeettoja.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esiteltiin artikkelissa: “A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing”, joka julkaistaan Science-lehdessä (doi: 10.1126/science.aba4633).

Tutkimusryhmässä mukana olivat Stefan Kraus (University of Exeter, School of Physics & Astronomy, UK [Exeter]) Alexander Kreplin (Exeter), Alison K. Young (Exeter and School of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), Matthew R. Bate (Exeter), John D. Monnier (University of Michigan, USA [Michigan]), Tim J. Harries (Exeter), Henning Avenhaus (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Saksa), Jacques Kluska (Exeter and Instituut voor Sterrenkunde, KU Leuven, Belgia [KU Leuven]), Anna S. E. Laws (Exeter), Evan A. Rich (Michigan), Matthew Willson (Exeter and Georgia State University, USA), Alicia N. Aarnio (University of North Carolina Greensboro, USA), Fred C. Adams (Michigan), Sean M. Andrews (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), Narsireddy Anugu (Exeter, Michigan and Steward Observatory, University of Arizona, USA), Jaehan Bae (Michigan and Carnegie Institution for Science, Washington, USA), Theo ten Brummelaar (The CHARA Array of Georgia State University, California, USA), Nuria Calvet (Michigan), Michel Cure (Instituto de Fisica y Astronomia, Universidad de Valparaiso, Chile), Claire L. Davies (Exeter), Jacob Ennis (Michigan), Catherine Espaillat (Michigan and Boston University, USA), Tyler Gardner (Michigan), Lee Hartmann (Michigan), Sasha Hinkley (Exeter), Aaron Labdon (Exeter), Cyprien Lanthermann (KU Leuven), Jean-Baptiste LeBouquin (Michigan and Universite Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Ranska), Gail H. Schaefer (CHARA), Benjamin R. Setterholm (Michigan), David Wilner (CfA), and Zhaohuan Zhu (University of Nevada, USA).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, 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. Paranalilla ESO tulee myös hallinnoimaan ja operoimaan eteläistä Tšerenkov-teleskooppien verkostoa (Cherenkov Telescope Array South), mikä on maailman suurin ja herkin gammasäteilyä havainnoiva observatorio. 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”.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, mikä on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa sen jäsenmaiden puolesta Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa  yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa sen jäsenmaiden puolesta 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.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• Interaktiivinen GW Orionis kolmoistähden 3D-malli kiekon rakenteesta ja tähtien radoista havaintoihin perustuen (avaa tiedosto Acrobat Reader ohjelmalla, jotta kaikki interaktiiviset elementit toimivat oletetusti)
• Lisätyn todellisuuden malli GW Orionis kolmoisjärjestelmästä (National Radio Astronomy Observatory)
• VLT:n kuvia
• ALMA:n kuvia
• Tutkija! Onko sinulla kerrottavaa: pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Stefan Kraus
Associate Professor in Astrophysics, University of Exeter
Exeter, UK
Puh.: +44 1392 724125
Sähköposti: S.Kraus@exeter.ac.uk

Alexander Kreplin
Postdoctoral Research Fellow, University of Exeter
Exeter, UK
Puh.: +44 1392 725571
Sähköposti: A.Kreplin@exeter.ac.uk

Alison Young
Postdoctoral Research Associate, University of Leicester
Leicester, UK
Puh.: +44 116 3736281
Sähköposti: alison.young@leicester.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: pio@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