Kohti eksoplaneettojen suoraa kuvaamista: Alpha Centauri
Eksoplaneettojen suora kuvaaminen on seuraava suuri askel planeettatutkimuksessa ja maankaltaisten planeettojen etsinnässä. Toistaiseksi suorat kuvat eksoplaneetoista ovat kuitenkin rajoittuneet lähitähtien kaukaisiin, jättiläismäisiin kumppaneihin, jotka loistavat edelleen suhteellisen voimakkaasti muodostumisestaan jäljelle jäänyttä lämpöä. Suurin ongelma on mitättömän planeetasta saapuvan valon erottaminen havainnoista, kun sen vieressä, meidän näkökulmastamme aivan kylki kyljessä, loistaa jättiläismäinen kuumasta plasmasta koostuva fuusioreaktori, jota myös tähdeksi kutsutaan. Silti planeettojen suora kuvaaminen on ollut jo rutiinia ja useiden jättiläisplaneettojen lähettämää valoa onkin saatu havaittua suoraan. Mutta edelleen, maankaltaisten planeettojen suora kuvaaminen tuntuu suorastaan kaukaiselta, mahdottomalta tekniseltä suoritukselta nykyisille instrumenteille. Tilanne on kuitenkin nopeasti muuttumassa.
Ensimmäinen osoitus muutoksesta tuli vastaan hiukan yllättäen, kun tutkijat raportoivat vuoden 2020 keväällä mahdollisesta planeetan Proxima c suorasta havainnosta kuvaamalla. Vaikka havainto on kaikkea muuta kuin varma, koska kyseessä saattaa olla vaikkapa kohinan tuottama anomalia, Proxima c:n olemassaolo näyttää varmistuneen ja sen oletettu havainto saattaa siksi olla todellinen. On kuitenkin syytä olla varovainen kaikissa johtopäätöksissä, koska vain juuri ja juuri mahdolliset havainnot ovat alttiita monenlaisille virhelähteille, epävarmuuksille ja väärintulkinnoille — planeettojen suoriksi havainnoiksi tulkittujen kirkastumien on nähty kirjaimellisesti jopa haihtuvan ilmaan jatkettaessa niiden tarkkailua. Olemme kuitenkin ylittäneet kynnyksen, jonka toisella puolella eksoplaneettojen kuvaaminen ei ollut mahdollista mutta tällä puolella se onnistuu. Nyt on saatu viitteitä jopa planeetasta kiertämässä Alpha Centauri A:ta (Kuva 1.).
Kun tutkijat havaitsivat Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopilla Alpha Centaurin kaksoistähtijärjestelmää 100 tunnin ajan, heidän tarkoituksenaan oli etsiä planeettoja tähtien tuntumasta. Ei ole lainkaan hämmästyttävää, että kuvista löytyi pieni kirkastuma, joka saattaisi aiheutua A-komponenttia kiertävästä planeetasta (1). Planeettoja on kaikkialla, kiertämässä likimain jokaista tähteä, ja niiden löytyminen lähimmän auringonkaltaisen tähden kiertoradalta ei olisi minkäänlainen ihmetyksen aihe. Havainto voi kuitenkin olla jotakin aivan muutakin. Se saattaa aiheutua tähtijärjestelmän kiertoradalla olevasta pölystä tai instrumentin pienestä häiriöstä mutta tulkinta uudeksi eksoplaneetaksi, Neptunusta jonkin verran suuremmaksi kaasuplaneetaksi, on ehkäpä kaikkein kiinnostavin mahdollisuus.
Olisiko oletettu Neptunusta hiukan massiivisempi kiertolainen voinut jäädä havaitsematta etsittyämme planeettoja Alpha Centaurin järjestelmästä jo vuosikymmenten ajan? Yllättäen vastaus on kyllä. Lily Zhao ryhmineen osoitti hiljattain, että jopa puolen Saturnuksen massaiset planeetat saattavat edelleen piileskellä aivan silmiemme alla Alpha Centaurin järjestelmässä, tähdistä massiivisemman A-komponentin kiertoradalla (2). Ne olisivat voineet jäädä havaitsematta radiaalinopeusmenetelmällä, joka on sitä herkempi mitä pienempää tähteä tarkkaillaan. Alpha Centaurin tähtikolmikon massiivisimpana tähtenä A:n kiertolaisten havaitseminen on siis kaikkein vaikeinta. Lisäksi, yksittäisen planeetan ylikulku tähtensä editse on harvinainen tapahtuma, joten ylikulkuhavaintojen puuttuminen on tyypilliselle tähdelle ja sen planeetalle se ylivoimaisesti todennäköisin tilanne. Ehkäpä Alpha Centauri A b on todellinen mutta se on vain jäänyt havaitsematta.
Tutkijat tunnustavat kuitenkin löytönsä epävarmuudet. He eivät väitä löytäneensä planeettaa Alpha Centaurin järjestelmästä, vaan vain pienen kirkastuman, jonka voi selittää tähteä A kiertävä planeetta. Heidän varovaisuutensa on erittäin ymmärrettävää — vuonna 2012 tutkijat julkistivat löytäneensä pienen kiviplaneetan komponentin B kiertoradalta (3) vain kokeakseen muiden tähtitieteilijöiden täystyrmäyksen. Tulos osoittautui puutteellisen tilastollisen analyysin aiheuttamaksi väärintulkinnaksi, ja planeetaksi tulkittu signaali aiheutui todennäköisesti tähden aktiivisen pinnan havaintoihin aiheuttamasta kohinasta. Kukaan ei enää halua hirttäytyä julkisesti yhteen potentiaalisesti väärään tulkintaan tilanteessa, jossa on runsaasti aivan yhtä päteviä havainnot selittäviä hypoteeseja.
Planeettojen havainnointi lähitähtien kiertoradoilla suoran kuvauksen keinoin on kuitenkin ottamassa niitä harppauksia, joilla siitä tulee tulevaisuuden merkittävin planeettojen etsintään ja tutkimiseen käytetty menetelmä. Silloin emme joudu enää tyytymään epäsuoriin havaintoihin ja tietoihin, jotka perustuvat siihen miten planeetta vaikuttaa tähdestään havaintolaitteeseemme saapuvaan valoon. Olemme käynnistämässä uuden, äärimmäisen mielenkiintoisen eksoplaneettahavaintojen aikakauden, joka perustuu niiden suoraan valokuvaamiseen.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Lähteet
- Wagner et al. 2021. Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri. Nature Communications, 12, 922.
- Zhao et al. 2018. Planet Detectability in the Alpha Centauri System. The Astronomical Journal, 155, 24.
- Dumusque et al. 2012. An Earth-mass planet orbiting α Centauri B. Nature, 491, 207.
Sivilisaatioiden täyttämä universumi — vai olemmeko yksin?
Ehkäpä onkin niin, että emme ole yksin. Ehkäpä Fermin paradoksin ainoa oikea ratkaisu on se, että emme ole vielä osanneet etsiä oikealla tavalla, oikeasta paikasta. Ehkäpä kehittyneemmät sivilisaatiot ovat tarkkailleet meitä vain satunnaisilla luotaimilla, joista viimeinen vieraili satojatuhansia vuosia sitten tai ehkäpä he haluavat jättää meidät rauhaan omaan aurinkokuntaamme, galaksin syrjäisen osan periferiaan, joka ei ole kenenkään mielestä erityisen mielenkiintoinen tai uniikki paikka. Ehkäpä galaktiset liikennereitit karttavat omaa Linnunradan nurkkaamme, tai ehkäpä olemme yhdellä sektorin luonnonsuojelualueista, joilla primitiivisten elämänmuotojen annetaan kukoistaa häiritsemättä niiden toilailuja.
Valtaosa astronomeista arvelee, että elämä on yleistä maailmankaikkeudessa. Sitä syntyy aina, kun fysikaaliset ja geokemialliset olosuhteet ovat sopivat, ja elinkelpoisia paikkoja, eläviä kuita ja planeettoja, esiintyy siksi useita jokaisessa aurinkokunnassa. Omassa tähtienvälisen avaruuden saarekkessamme elämän esiintymiselle soveltuvia planeettoja voi olla vain kaksi, mutta elämän mahdollistavat olosuhteet saattavat löytyä useiden jääkuoren peittämien kuiden pinnan alla. Moni on samalla taipuvainen ajattelemaan, että tekniset sivilisaatiot ovat huomattavasti harvinaisempia ja niitä on ehkäpä koko galaksissamme vain kourallinen, turvallisesti tuhansien valovuosien päässä toisistaan, mikä tekee kommunikoinnista lähes mahdotonta. Kaikki eivät kuitenkaan ajattele niin ja hyvästä syystä: asiantuntijuus astronomiassa ei tee kenestäkään asiantuntijaa elämän synnyn bio- ja geokemiassa eikä varsinkaan eksoplaneettojen elämänmuotojen etologiassa ja kulttuurievoluutiossa tai niiden tuottamassa teknologiassa. Yksi heistä on Avi Loeb.
Hiljattain Aurinkokunnan läpi viiletti vierailija toisesta tähtijärjestelmästä. Se oli selvästi litteänpuoleinen, noin jalkapallokentän kokoinen kappale, joka pyörähteli itsensä ympäri aina kahdeksan tunnin kuluessa. Komeetaksi tulkittu kappale, joka sai nimen ’Oumuamua (Kuva 1.), kiisi jo kovaa vauhtia pois planeettakunnastamme, kun se edes saatiin havaittua. Mutta havaitsijat huomasivat välittömästi, että kappaleen radassa oli jotakin erityistä. Se ei ollut tavallinen komeetta, jotka ovat osana Aurinkokuntaa ja kyvyttömiä pakenemaan Auringon vetovoimakentästä. ’Oumuamuan liike osoitti kyseessä olevan jotakin aivan muuta — se on tähtienvälinen matkalainen, jonka rataa Auringon gravitaatio muutti mutta jonka liike-energia riittää helposti viemään sen pois järjestelmästämme. ’Oumuamua oli lähellämme vain käymässä, kuin tehdäkseen pienen suunnanmuutoksen keskellä tähtienvälistä matkaansa. Kappaleen liikkeessä oli muutakin omituista. Poistuessaan aurinkokunnasta sen havaittiin kiihdyttävän vauhtiaan.
Komeetoilla on keinonsa vaikuttaa nopeuteensa. Niiden pitkälti jäinen pinta höyrystyy Auringon puolella, jolloin vapautuva kaasu tuottaa pienen työntövoiman pois päin Auringosta. Siten komeettojen pinnat toimivat kuin heikkotehoiset, kaoottiset rakettimoottorit, kun niiden pinnalta purkautuu materiaa. ’Oumuamuan vauhdin havaitun kiihtymisen olisi voinut selittää se, että peräti 10% kappaleen massasta olisi höyrystynyt. Silloin prosessissa vapautunut kaasumainen aines joutuu Auringon hiukkastuulen viemäksi ja komeetoille muodostuvat niiden tunnusomaiset pitkät pyrstöt, jotka suuntautuvat aina pois päin Auringosta. Mutta toisin kuin kaikilla tunnetuilla komeetoilla, ’Oumuamualla ei havaittu minkäänlaisia merkkejä pyrstöstä. Kaasun vapautuminen sen pinnalta ei siis selittänyt kiihtyvää liikettä. Kaiken lisäksi, ’Oumuamuan vauhti ei kiihtynyt kaoottisella tavalla purkausten ja satunnaisesti vapautuvan kaasun toimesta, vaan tasaisen varmasti. Eikä kappale edes näyttänyt säteilevän lämpösäteilyä, kuten auringonvalossa lämpenevät komeetat.
On toinenkin tapa, jolla Aurinkokunnan pikkukappaleet voivat muuttaa liikettään ja kiihdyttää vauhtiaan. Sen tarjoaa Auringon säteily — säteilypaine tuottaa pienen, tasaisen työntövoiman pois päin Auringosta. Niinpä Loeb yhdessä kollegansa Shmuel Bialyn kanssa tekikin laskelmat sen selvittämiseksi, mitä säteilypaineen kiihdyttävä voima merkitsisi ’Oumuamuan ominaisuuksien kannalta (1). Heidän arvionsa osoitti, että vain hämmästyttävän kevyt ja laakea kappale, massaltaan vain 0.1g neliösenttimetriä kohden, voisi selittää havaitun kiihtyvyyden. Se vastaisi ohutta, paksuudeltaan 0.3-0.9 mm kalvoa, joka toimisi aurinkopurjeena ja kiihdyttäisi vauhtiaan heijastamalla Auringon säteilyä. Kyseessä on teknologia, jonka tunnemme aurinkopurjeena, ja jonka prototyyppejä ihmiskunta on saattanut avaruuteen testimielessä viime vuosikymmeninä. Laskelmien merkitykset ’Oumuamuan luonteelle olivatkin päätähuimaavat. Jos ’Oumuamuan vauhti muuttui säteilypaineen vaikutuksesta, se ei voisi olla luonnollisten prosessien avulla muodostunut kappale, vaan kyseessä täytyisi olla teknisen sivilisaation valmistama, aurinkopurjeella varustettu tähtienväliseen liikenteeseen suunniteltu alus.
Havainnoissa on vielä muutakin omituista. ’Oumuamua on erittäin laakea, ja sen havaittu kirkkaus vaihtelee kertoimella 10 sen pyörähdellessä avaruudessa. Se sai havaitsijat arvelemaan, että kyseessä olisi pitkulainen kappale, jonka kirkkausvaihtelut selittää se määrä pintaa, joka on heijastamassa Auringon valoa teleskooppeihimme. Mutta havaintoihin sopii mainiosti myös laakea, levymäinen kappale. Lisäksi, se heijastaa valoa jopa kertaluokkaa paremmin kuin tyypilliset komeetat, mikä viittaa tavallista sileämpään pintarakenteeseen, joka on harvinaista komeetoilla. Mikä ’Oumuamua siis oikeastaan on, jos sen havaitut ominaisuuden osoittavat kappaleen olevan hyvin epätodennäköisesti luonnon muovaama kappale, kuten asteroidi tai komeetta?
Loeb sanoo havaintojen asettavan hypoteesin ’Oumuamuan luonnollisesta synnystä osana tyypillistä tähtiä ympäröivää komeetta- ja asteroidipopulaatiota kiusalliseen valoon. Hänen mukaansa kappaleen havaitut ominaisuudet ovat äärimmäisen epätodennäköisiä luonnollisten prosessien kautta syntyneelle kappaleelle.
Kopernikaaninen mullistus teki Maasta vain yhden planeetan muiden joukossa. Sittemmin tutkijat ovat keränneet järjestelmällisesti tietoa luonnosta, luonnonlaeista ja koko maailmankaikkeudesta, ja havainneet kaikkien kuvittelemiemme erityislaatuisuksiemme olevan pelkkää mielikuvituksen tuotetta. Aurinko on vain yksi tähti galaksimme miljardien tähtien joukossa. Samoin galaksimme on vain yksi tavanomaisista tähtijärjestelmistä näkyvässä maailmankaikkeudessa. Myös ihminen on vain yksi planeettamme lukuisista eliölajeistaja ja ehkäpä planeettamme elämäkin on vain yksi biosfääri muiden joukossa, niillä lukemattomilla planeetoilla, joita tiedämme kiertävän jo aivan lähitähtiämme. Miksei siis tekninen sivilisaatiommekin olisi vain yksi muiden joukossa, ja silloin miljardien vuosien ikäisessä maailmankaikkeudessa yksi niistä aivan nuorimmista?
Planeettoja syntyi jo aikana, jolloin maailmankaikkeus oli hyvin nuori. Oletus siitä, että elämää ja teknisiä sivilisaatioita olisi syntynyt vasta miljardeja vuosia myöhemmin Maapallolla vaikuttaa siinä valossa vain yhdeltä oletukselta omasta erikoisasemastamme. Mutta mikään ei ole tieteessä niin radikaalia kuin yhden anekdootin kutsuminen uniikiksi anomaliaksi. Aivan samoin kuin emme oleta Maapallon olevan uniikki, ei ole syytä olettaa Maan elämän tai sen synnyttäneen teknisen sivilisaationkaan olevan yhtään sen ainutlaatuisempia. Silloin Fermin paradoksi näyttäytyy aivan uudenlaisessa valossa. Ehkäpä vastaus kysymykseen ”missä kaikki ovat” on nähtävillä silmiemme edessä ja ’Oumuamua on siitä esimerkkinä.
Jos Maa ja ihmiskunta eivät ole missään erikoisasemassa, ei ’Oumuamuakaan ole. Jo sillä faktalla, että ylipäätään havaitsimme ’Oumuamuan kaltaisen kappaleen hyvinkin rajallisilla havaintoresursseillamme, on seurauksia. Jotta havainto olisi ollut mahdollinen, kappaleita olisi oltava yksi jokaisessa Maapallon radan sisään mahtuvassa tilassa avaruutta. Silloin niitä mahtuisi jo Aurinkokuntaan noin miljoona miljardia. Se selviää jo lähitulevaisuudessa, kun tähtienvälisillä radoilla liikkuvien kappaleiden määrää tulee kartoittamaan rakenteilla oleva suuri, taivaan laaja-alaiseen kuvaamiseen suunniteltu Vera Rubin observatorio.
Voimme todeta sarkastisen humoristisesti, että on olemassa kahdenlaisia tähtitieteilijöitä. Niitä, jotka eivät usko Aurinkokunnassa näkyvän merkkejä vieraista teknisistä sivilisaatioista ja Avi Loeb. Mutta hänen tulkintansa ’Oumuamuan havaituille ominaisuuksille on perusteltu. Se on samalla hypoteesi, joka tulisi ottaa vakavasti tutkiessamme avaruutta yhä kehittyneemmillä teknisillä apuvälineillä. Ehkäpä spekulatiiviset arviot teknisten sivilisaatioiden määrästä galaksissamme ovatkin oikeita, eivätkä vain arvailua. Emme kuitenkaan tiedä. Ennen kuin vedämme johtopäätöksiä, on muistettava, että yhden Aurinkokunnassa vierailleen, tuntemattomaksi jääneen pikkukappaleen liikkeen anomaliat eivät vielä riitä osoitukseksi siitä, että sivilisaatiomme ei olekaan yksin. Lisäksi, muulla tiedeyhteisöllä ei ole ollut vaikeuksia osoittaa, että ’Oumuamuan ominaisuuksissa ja liikkeessä ei luultavasti ole mitään erityistä tai mitään, mikä vaatisi selityksekseen muuta kuin fysiikan armottomat lait ja hiukan aikaa. Luultavasti havainnot ovat täysin sopusoinnussa tuntemiemme luonnonlakien kanssa ja Loebin huikeat spekulaatiot ovat vailla pohjaa (2).
Perustellut spekulaatiot on kuitenkin syytä ottaa vakavasti — varsinkin silloin, kun kyseessä ovat suuret kysymykset siitä olemmeko yksin. Olisihan se kuitenkin varsin epätodennäköinen sattumus, jos olisimme.
Kirjoitus on julkaistu ensimmäisenä Tähtitieteellinen yhdistys Ursan blogissa Eksoplaneetta hukassa.
Mikko Tuomi
Satunnaislukuja 