Kaukainen tähti, miksi kirkastut?
Ylikulkumenetelmä on toistaiseksi menestyksekkäin tapa havaita eksoplaneettoja kiertämässä Auringon lähinaapuruston tähtiä. Kyse on periaatteessa vain planeetan varjon havaitsemisesta — tarkoituksena on määrittää kuinka paljon kohteena oleva tähti himmenee planeetan kulkiessa säännöllisesti sen editse. Menetelmä on epäsuora ja siinä havaitaan vain planeetan aiheuttamaa muutosta tähdestä havaintolaitteeseen tulevaan valoon, ei itse planeettaa. Karkeasti ajateltuna, kyseessä on planeetan varjon suora havaitseminen, vaikka joskus voidaankin havaita myös tähden valoa, joka suodattuu planeetan kaasukehän läpi. Menetelmä on tehokkaimmillaan, kun kohteena olevat tähdet ovat kymmenien tai korkeintaan joidenkin satoje valovuosien päässä mutta joskus planeettoja voi havaita tarkkailemalla paljon kaukaisempia tähtiä ja planeettojen aiheuttamia muutoksia niiden säteilemään valoon. Silloin havaitulla planeetalla ja tarkkailtavalla tähdellä ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa — ne saattavat jopa olla tuhansien valovuosien etäisyydellä toisistaan. Miten se on mahdollista?
Tarvitaan astronomisen epätodennäköinen sattumus. Kun kolme tähteä asettuu lähes täsmälleen samalle suoralle, valo ensimmäisestä saapuu kolmanteen kulkien aivan tähdistä toisen vierestä. Tilanne ei kuulosta kovin erikoiselta, koska galaksimme sadat miljardit tähdet kiertävät galaktisen keskuspullistuman ympäri likimain samassa tasossa ja niiden keskinäiseen asemaan liittyvät sattumukset ovat varsin tavallisia. Mutta kolmannen tähden on oltava juuri Aurinko ja ensimmäisen tähden on oltava riittävän kirkas, jotta Maan astronomit voivat havaita sen valoa keräävillä laitteillaan. Sellaiset sattumukset ovat harvinaisia mutta tähtitieteilijät osaavat kuitenkin havaita niitä tarkkailemalla samanaikaisesti satoja tuhansia, jopa miljoonia tähtiä. Tavallisesti teleskoopit suunnataan Linnunradan keskuksen suuntaan, koska siellä on näkyvissä eniten kaukaisia tähtiä. Sattumukset tarjoavat mahdollisuuden havaita planeettoja hyvin erikoisella tavalla.
Ensimmäinen kokeellinen varmennus Albert Einsteinin visioimalle suhteellisuusteorialle saatiin tarkkailemalla miten tähtien valo taipuu Auringon painovoimakentässä. Vuoden 1919 auringonpimennys tarjosi mahdollisuuden mitata Auringon vieressä näkyvien tähtien tarkkaa paikkaa taivaalla. Pimennyksen aikana, Arthur Eddington ja Frank Dyson onnistuivat havainnoissaan ja varmistivat valon todellakin taipuvan gravitaatiokentässä Einsteinin ennustamalla tavalla. Astronomit olivat matkanneet Afrikan rannikolle ja Brasiliaan havainnoimaan auringonpimennystä kahdella eri paikkakunnalla ja heidän kokeelliset tuloksensa valon taipumisesta tekivät suhteellisuusperiaatteesta hyväksytyn fysikaalisen teorian yhdessä hetkessä. Mutta valo ei vain taivu. Katsoessamme tähden painovoimakentässä kulkevaa valoa sopivalta etäisyydeltä, olemme tähden muodostaman gravitaatiolinssin polttopisteessä ja näemme linssin voimistavan kaukaisen tähden valoa hetkeksi. Tilannetta kutsutaan mikrolinssi-ilmiöksi.
Havaittavan kohteen ja havaitsijan välissä oleva massiivinen kappale voi siis voimistaa kohteen kirkkautta toimimalla gravitaatiolinssinä. Esimerkiksi OGLE-projektin havainnoissa raportoitiin vuonna 2017 erään tähden kirkastuneen noin 16 kertaiseksi normaalista kirkkaudestaan (1). Kirkastuminen johtui pienestä punaisesta kääpiötähdestä, joka sattui kulkeutumaan juuri oikeaan kohtaan toimiakseen linssinä ja voimistaakseen taustan kohteen valoa. Itse linssinä toimiva tähti ei tule himmeytensä vuoksi näkyviin, vain sen voimistamaa taustataivaan kohteen valoa voidaan havaita. Mutta havannoissa tapahtui muutakin. OGLE-teleskoopin havaittua orastavaa kirkastumista, joka lopulta kesti kymmenien päivien ajan, kohdetta ryhdyttiin tarkkailemaan muillakin teleskoopeilla. Tuloksena oli havaito pienestä mutta merkittävästä lisäkirkastumisesta, ohikiitävän hetken verran (Kuva 2.). Joitakin tunteja kestänyt ylimääräinen kirkastuminen johtui tähteä kiertävän eksoplaneetan OGLE-2017-BLG-0482L b vaikutuksesta. Valo siis taipui planeetan vetovoiman vaikutuksesta hiukan, tehden planeetasta gravitaatiolinssin muutaman tunnin ajaksi. Se kirkasti taustataivaan tähdestä saapuvaa valoa vain aavistuksen verran, mutta kuitenkin riittävästi, jotta havainto oli mahdollinen.
Kyseessä on häkellyttävä tapa löytää planeettoja. Kirkastumisen perusteella, linssinä toiminut järjestelmä OGLE-2017-BLG-0482L koostuu punaisesta kääpiöstä, joka on massaltaan noin 20% Auringosta, ja sitä kiertävästä supermaapallosta, joka puolestaan on massaltaan noin yhdeksän kertaa Maata suurempi. Havainnoista voi määrittää myös planeetan 1.8 AU:n etäisyyden tähdestään mutta siinä on likimain kaikki, mitä tiedämme tai voimme saada selville. On varmaa, että havaintoa ei voi koskaan enää toistaa ja emme kykene tekemään uusia havaintoja planeetan emäntätähdestä sen kaukaisuuden ja himmeyden vuoksi. Edes kohteen etäisyys ei ole tiedossa kuin vain hyvin likimääräisesti — se on meistä karkeasti 5.8 kiloparsekin tai 19000 valovuoden päässä. Arvion epävarmuus on suunnilleen 6000 valovuotta kumpaankin suuntaan. Voimme havaita uudelleen vain linssin hetkeksi kirkastamaa tähteä, joka ei enää koskaan kerro sen ja meidän välissä kerran käväisseestä salaperäisestä planeettakunnasta.
Gravitaatiolinssimenetelmällä eksoplaneettoja etsivien astronomien työ on ehkäpä turhauttavinta tutkimusta, jota astronomit voivat harjoittaa. He havaitsevat kaukaisia planeettoja vain yhden ainoan kerran, tietäen, etteivät kykene havaitsemaan samaa planeettakuntaa toista kertaa. Heidän työnsä perusteella kuitenkin tiedämme, että galaksissamme on enemmän planeettoja kuin tähtiä. Kaukainen, massaltaan yhdeksän kertaa Maan kokoinen kiertolainen OGLE-2017-BLG-0482L b on nyt havaittu ja luetteloitu, mutta sitä ei päästä tutkimaan uudestaan enää koskaan.
Astronomien nimeämiskäytännöt turhauttavat varmasti kaikkia alaa seuraavia, jotka eivät jaksa katsella monimutkaisia numerosarjoja ja luettelokoodeja kuten OGLE-2017-BLG-0482L. Koodit saa kuitenkin tuntumaan siedettäviltä, kun perehtyy niiden merkitykseen. Esimerkin koodinimessä ”OGLE” viittaa havainnon tehneeseen teleskooppiin (Optical Gravitational Lensing Experiment) Chilen Las Campanasin observatoriossa ja ”2017” viittaa vuoden 2017 havaintokauteen. ”BLG” puolestaan kertoo, että kyseessä on kohde galaksimme keskuspullistuman (BuLGe) suunnassa ja numero ”0482” tarkoittaa havainnon järjestysnumeroa havaintokauden aikana. Kirjain ”L” kertoo kyseessä olevan gravitaatiolinssi. Helpompaa nimeä ei valitettavasti ole luvassa, sillä kansainvälinen tähtitieteen unioni IAU nimeää vain varmistettuja eksoplaneettalöytöjä ja kaikki mahdollisuudet saada kohteesta OGLE-2017-BLG-0482L minkäänlaisia lisähavaintoja ovat nyt ikuisesti menneet.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
Signaali Proxima Centaurin suunnasta — merkki teknisestä sivilisaatiosta?
Väitetysti Proxima Centaurin suunnasta saapunut kapeakaistainen radiosignaali on kohahduttanut maailmaa ja toisten teknisten sivilisaatioiden olemassaololla spekuloineita tutkijoita. Signaalista ja sen havaintoprosessista on nyt tihkunut uutta tietoa ja lienee siksi paikallaan hiukan tarkastella sitä, mistä on kyse ja mitä se merkitsee. Tieteellistä julkaisua, joka kuvaisi havaitun signaalin ja selvittäisi sen ominaisuuksia ja lähdettä ei ole, joten joudumme tyytymään ongelmallisiin toisen käden tietoihin ja arvioihin. Tieto havaitusta signaalista vuodettiin Guardianille epäreilusti tavalla, joka asetti löydön tehneet tutkijat hankalaan paikkaan. He eivät voineet julkaista tietojaan omilla ehdoillaan, vaan joutuivat paikkaamaan vuodon aiheuttamaa kohua kertomalla julkisuuteen pääpiirteitä havaintoihin rekisteröityneestä radiosignaalista.
Nojaan tässä tekstissä Scientific American -tiedelehdessä julkaistuihin signaalin havainneiden tutkijoiden kommentteihin, tähtitieteilijä Jason Wrightin kirjoittamaan mainioon koosteeseen, sekä yleisessä tiedossa oleviin tosiasioihin tehtyjen havaintojen tarkoituksesta ja luonteesta. Haluan korostaa heti alkuun, että merkkejä vieraasta teknisestä sivilisaatiosta ei ole löydetty, vaan kaikki siihen suuntaan viittaavat tulkinnat ovat toistaiseksi puhdasta spekulointia ja utopiaa.
Korvia huumaava hiljaisuus
Vieraista sivilisaatioista ei ole toistaiseksi havaittu merkkiäkään, vaikka yrityksen puutteesta ihmiskuntaa tuskin voi syyttää. Kaksikymmentä vuotta sitten kotitietokoneessani pyörinyt SETI@home toimi näytönsäästäjänä ja käytti koneen prosessoria signaalien suodattamiseen esiin kohinaisista radioalueen havainnoista. Silloin vieraiden sivilisaatioiden lähettämien radiosignaalien etsintä astui monen omaan kotiin ja muuttui näkyväksi, todelliseksi toiminnaksi astronomien mystisen puuhastelun sijaan. Projekti on kuitenkin tullut tiensä päähän, koska se käytti datan keräämiseen pääasiassa Arecibon suurta radioteleskooppia, jonka instrumenttikelkka romahti joulukuussa 2020 lautasen päälle rakenteellisten vikojen vuoksi tuhoten koko rakennelman korjauskelvottomaan kuntoon.
Se, että vieraiden sivilisaatioiden radioviestejä ei ole havaittu voi johtua monesta syystä. Yksi ilmeinen syy suurelle radiohiljaisuudelle voisi olla se, että olemme yksin ja muita sivilisaatioita ei ole. Mutta jo oman galaksimme jopa miljardien maankaltaisten planeettojen olemassaolo vihjaa siihen suuntaan, että biosfäärejäkin on luultavasti kaikkialla. Ehkäpä jotkut niistä tuottavat monisoluisia, älykkäitä eläimiä, jotka oppivat käyttämään työkaluja ja tiedostavat oman olemassaolonsa, kuten on käynyt omalla planeetallamme. Kuitenkin, todennäköisesti teknisiä sivilisaatioita on niin harvassa, että noin 100 valovuoden etäisyydelle Maasta edenneeseen radiolähetysten kuplaamme ei ole kukaan ehtinyt vastaamaan. Sekin kuitenkin tarkoittaisi, että galaksissamme voisi silti olla tuhansia sivilisaatioita ja aika ei vain ole riittänyt tiedon saamiseen niiden olemassaolosta. On myös mahdollista, että radiolähetykset ovat niin alkeellinen viestintäkeino, että muut sivilisaatiot eivät sitä käytä. Tai sitten kehittyneemmät sivilisaatiot eivät vain halua lähettää signaaleja avaruuteen paljastamaan olemassaoloaan. Emme tiedä todellista syytä. Biodiversiteettikadon ja ilmastokatastrofin kourissa kärvistelevä oma sivilisaatiomme on ehkä muuttamassa planetaarisia elinolosuhteita kuolettavalla tavalla, mikä voisi selittää osaltaan sen, ettemme ole havainneet merkkejä muista sivilisaatioista. Ehkäpä muutkin sivilisaatiot oppivat heikentämään planeettansa elinkelpoisuutta ennen kuin ymmärtävät, että se ei ole kannattavaa. Se on ehkä masentavin mahdollinen ratkaisu Fermin kuuluisaan paradoksiin siitä, ”missä kaikki ovat?”
Tutkijat eivät kuitenkaan ole menettäneet toivoaan kansallisvaltioiden poliitikkojen kutistaessa tutkimusbudjetteja ja antaessaan instrumenttien rapistua tuhoisasti, kuten kävi juuri Arecibossa. Jotkut sinnikkäät radioalueen havaintojen asiantuntijat jatkavat radiosignaalien etsintää. Suurin signaalien kuunteluprojekti on nykyään Breakthrough Listen, joka on eksentrisen venäläismiljardöörin Yuri Milnerin ilmeisen harrastusmielessä rahoittama projekti etsiä teknisten sivilisaatioiden radiosignaaleja avaruudesta. Hiljattain projektin tutkijat löysivätkin jotakin, joka läpäisi heidän automaattiset data-analyysifiltterinsä ja jonka lähdettä ei onnistuttu paikantamaan muutoin kuin että se näytti saapuvan Proxima Centaurin suunnasta. Voisiko se olla vain sattumaa, että havaitsimme erikoisen signaalin juuri sen lähitähden suunnasta, josta vain muutama vuosi sitten löysimme lähimmän kandidaatin elinkelpoiseksi eksoplaneetaksi?
BLC1 — ensimmäinen kandidaatti
Tutkijoita hämmentänyt havainto tehtiin Parkesin observatorion 64-metrisellä radioteleskoopilla. Signaali havaittiin radioteleskoopin keilassa, eli pienessä alueessa taivasta siinä suunnassa, jonne teleskooppi oli suunnattuna. Ongelmana vain on se, että Parkesin käännettävän teleskoopin keila on noin 16 kaariminuuttia leveä — teleskooppi siis havaitsee kerrallaan noin neljännestäysikuun kokoista aluetta taivaalla ja signaali voi olla peräisin mistä tahansa kyseiseltä alueelta. Signaali havaittiin kolmen tunnin aikana viisi kertaa, kun teleskooppia käännettiin siihen suuntaan taivasta, missä Proxima Centauri sijaitsee. Aina välillä teleskooppi suunnattiin hiukan sivuun, jolloin signaali hävisi kokonaan. On siis lähestulkoon mahdotonta, että signaali olisi peräisin maanpäällisestä kohteesta — kuten vaikkapa mikroaaltouunista tai jostakin muusta observatorion virkistyshuoneen elektroniikasta. Sellainen signaali ei näyttäisi tulevan vain yhdestä verrattaen tarkasta suunnasta taivaalla.
Suunnan lisäksi kiinnostavaa on signaalin luonne. Kyseessä on kapeakaistainen signaali, joka esiintyy vain hyvin täsmällisellä taajuuskaistalla, noin 982.002 MHz taajuudella. Taajuus on niin tarkasti rajattu, että ei tunneta ainuttakaan mekanismia, jolla astrofysikaaliset ilmiöt voisivat tuottaa yhtä kapeakaistaisen signaalin. Luonnolliset signaalit ovat peräisin atomeista tai molekyyleistä, joiden joukoilla on aina jotkin lämpötilansa, ja jotka lämpöliikkeestä johtuen tuottavat aina kokonaisen jakauman erilaisia taajuuksia. Ehkäpä voisi olla mahdollista, että jokin toistaiseksi tuntematon, eksoottinen plasmafysiikan ilmiö voisi tuottaa havaitun signaalin mutta sellaisesta ei ole mitään viitteitä. Huomattavasti todennäköisempää on, että signaali on peräisin älykkään olennon rakentamasta teknisestä laitteesta.
Signaali ei ole ”moduloitu”. Se on termi, jota käytetään kertomaan, että signaalia kantavat radioaallot muuttuvat ja voivat siten sisältää informaatiota. Signaalin havainnoissa ei siis ole viitteitä, että radiolähetys kantaisi informaatiota, jonka voisimme dekoodata ja lukea viestinä. Se ei varsinaisesti auta selvittämään signaalin alkuperää. Mutta signaalin taajuus siirtyy hiljalleen matalammaksi. Se on toinen vihje, että kyse ei ole maanpäällisestä signaalista. On todennäköistä, että kyse on Doppler-siirtymästä, joka aiheutuu siitä, että signaalin lähettäjä ei liiku kuten Maan pinnan mukana pyörivät kappaleet, Parkesin teleskooppi mukaan lukien.
Viimeinen huomio on itse 982 MHz:n taajuus. Se osuu kohtaan sähkömagneettista spektriä, jossa on tavallisesti hyvin hiljaista. Luonnolliset prosessit eivät juuri tuota häiriöitä tai kohinaa signaalin taajuusalueella (karkeasti 1-10 GHz), jota kutsutaankin mikroaaltoikkunaksi, koska häiritsevän luonnollisen taustasäteilyn määrä on vähäistä. Onkin ehdotettu, että jos vieraat tekniset sivilisaatiot harjoittaisivat tähtienvälistä viestintää radiolähetyksillä, he käyttäisivät juuri mikroaaltoikkunaa, johon havaittu signaali osuu. Kyse on oikeastaan vain yksinkertaisesta taloudellisuudesta — mikroaaltoikkunan alueella viestin lähettämiseen tarvitaan vähiten lähetystehoa, jotta sen intensiteetti saadaan taustasäteilyä suuremmaksi.
Mitä luultavimmin kyseessä on ihmisen rakentaman laitteen tuottama signaali mutta silloin kyseessä on laite, joka on planeettamme ulkopuolella. Ehkäpä jokin avaruuteen ampumistamme satelliiteista oli Proxima Centaurin suunnassa taivasta juuri havaintojen aikana. Ongelmana vain on, että kukaan ei ole osannut osoittaa mikä satelliiteista olisi kyseessä.
Lähtökohtaisesti signaali on siis peräisin ihmisen rakentamasta laitteesta mutta entäpä, jos niin ei olekaan? Jos signaali on todellakin peräisin Proxima Centaurin suunnasta, mitä voimme päätellä siitä, että kyseessä on juuri Aurinkoa lähinnä oleva tähti, eikä jokin muista tuhansista lähitähdistä? Jason Wright tarjoaa huikean hypoteettisen selityksen. Maapallolla kännyköihimme saapuvat signaalit ovat peräisin lähimmästä mahdollisesta tukiasemasta. Aivan samoin, jos jokin galaksimme tekninen sivilisaatio haluaa lähettää meille viestin, se käyttää luultavasti tarkoitukseen meitä lähinnä sijaitsevaa galaktista lähetintä. Ja lähin mahdollinen lähetin voi olla vain lähimmän mahdollisen tähden kiertoradalla, Proxima Centaurin järjestelmässä. Ajatus on yhtä fantastisen huikea kuin se on epätodennäköinenkin.
Aivan yhtä uskomattomalta kuulostaa ajatus, että viesti olisi peräisin Proxima Centauria kiertävältä planeetalta, ehkäpä juuri planeetalta Proxima b. Asiasta ei ole minkäänlaisia viitteitä mutta voimme spekuloida. Ehkäpä vastoin kaikkia odotuksia, Proxima b on säilyttänyt kaasukehänsä alttiina tähtensä intensiiviselle säteilylle ja hiukkastuulelle. Ehkäpä planeetan pinalla esiintyy vettä, joka tarjoaa sille elämän edellytykset. Ehkäpä planeetalle syntyi elämää, jonka organismit lopulta ryhtyivät käyttämään työkaluja ja keksivät fysiikan lakien lisäksi radiolähettimen toimintaperiaatteen. Ehkäpä he jopa koettavat ottaa yhteyttä yhteen lähimmistä tähtijärjestelmistään. Ehkä. Jokainen tapahtumaketjun tapahtuma on vähintäänkin erittäin epätodennäköinen. Emme kuitenkaan voi varmasti sulkea sitäkään vaihtoehtoa pois.
Luultavasti Brekthrough Listen -projekti on löytänyt ensimmäisen signaalinsa, jonka syntyä ei voida selittää luonnollisten astrofysikaalisten prosessien avulla. Signaali on todennäköisesti peräisin Maapallon ulkopuolelta, Proxima Centaurin suunnasta taivaalla. Se on siis havainto teknisen sivilisaation radioaaltoja lähettävästä laitteesta Maapallon ulkopuolelta. Se taas tuskin on kovinkaan kiinnostavaa, sillä mitä todennäköisimmin se tekninen sivilisaatio olemme me itse.
Signaalia ei ole havaittu uudelleen. Jos uutta havaintoa ei saada jatkossakaan, on mahdollista, että emme saa koskaan selville signaalin alkuperää. Mutta jatkamme siitäkin huolimatta varmasti lähitähtien monitorointia ja signaalien etsintää keskeltä galaktista radiohiljaisuutta. Ehkäpä jonakin päivänä havaitsemme jotakin, joka paljastaa, että emme ole yksin. Tämä ei kuitenkaan vielä ole se päivä.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 