Teemat

Taivas on täynnä tähtisolisteja

Eksoplaneettojen elämälle suotuisa vyöhyke (vihreä) riippuu siitä miten kuuman tähden ympärillä planeetat kiertävät. Keskellä Auringon kaltainen tähti. Sen yläpuolella kuumempi ja alapuolella kylmempi tähti. Elämän vyöhykkeessä vesi säilyy nestemäisenä.
Eksoplaneettojen elämälle suotuisa vyöhyke (vihreä) riippuu siitä miten kuuman tähden ympärillä planeetat kiertävät. Keskellä Auringon kaltainen tähti. Sen yläpuolella kuumempi ja alapuolella kylmempi tähti. Elämän vyöhykkeessä vesi säilyy nestemäisenä.

Nyt kun eksoplaneettatutkimus on jo arkipäivää – 15 vuodessa on löydetty 565 planeettaa, joista joitakin on jo valokuvattukin – ala on saanut rinnalleen uuden tieteenalan. Se on astro- tai asteroseismologia, jossa satelliitti voi ”kuunnella” tähtiä mittaamalla kohteiden kirkkauden muutoksia.

Vuonna 2009 taivaalle laukaistu Nasan Kepler-avaruusteleskooppi on löytänyt ekso-
planeettaetsintänsä keskellä 500 Auringon tyyppistä tähteä, jotka ”soivat”. Toisin sanoen taivaalla on kokonaisia tähtiorkestereita täynnä tähtisolisteja. Ennen Keplerin laukaisua Euroopan avaruusjärjestö Esa:n CoRoT-satelliitti oli löytänyt vain 25 vastaavanlaista kohdetta.

Keplerin Maan kaltaisten planeettojen etsinnästä ja tähtien kuuntelusta kerrottiin Amerikan tieteidenedistämisyhdistyksen AAAS:n kokouksessa Washington DC:ssa ja vähän myöhemmin tuloksista raportoitiin Science-lehdessä.

Kepler ei kierrä Maata, vaan on Maan tavoin Aurinkoa kiertävällä radalla. Se laahaa planeettamme perässä ja jää siitä joka vuosi 18 miljoonaa kilometriä enemmän jälkeen. Auringon valo ei koskaan tavoita teleskoopin peilejä eikä satelliitti haravoi taivasta, vaan katsoo koko ajan Joutsenen tähdistön suuntaan, missä on noin 155 000 Linnunradan omaa tähteä 150–2500 valovuoden päässä meistä.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

Tähän mennessä Kepler on varmentanut löytäneensä 16 planeettaa kaikkiaan 1235 planeettajärjestelmäkandidaatista. Optimistisen arvion mukaan noiden 1235 planeetan joukossa on noin 50 sellaista kandidaattia, jotka sijaitsevat emotähteen nähden asutettavaksi kelpaavalla eli nestemäistä vettä sisältävällä vyöhykkeellä. Niistä yksikään ei ole aivan Maan kaltainen.

Kepler käyttää etsinnässään niin sanottua ylikulkutekniikkaa, missä tähden editse kulkeva planeetta himmentää satelliitin cccd-kameraan eli fotometriin tulevaa valoa. Tätä tähden kirkkaudessa havaittavaa muutosta hyödynnetään astro- eli asteroseismologiassakin.

Astroseismologian taustalla on helioseismologia, joka taas pohjautuu maanjäristysten yhteydessä syntyvien ja Maan sisällä etenevien seismisten aaltojen tuottamaan tietoon. Viisi vuosikymmentä sitten havaittiin Auringon spektristä, että tähden pinta aaltoili: Jotkin kohdat sen pinnasta liikkuivat Maata kohti toisten osien liikkuessa meistä poispäin.

Vuosikymmen myöhemmin (1970) ehdotettiin, että kyseiset, tähden kirkkauseroina havaittavat aallot ilmentävät akustisia värähtelyitä (seisovia ääniaaltoja), joita syntyy paineen ja painovoiman muutosten seurauksena tähden pinnan ala olevassa konvektiokerroksessa. Tilanne vastaa urkupillissä resonoivaa ääniaaltoa.

Hypoteesi on myöhemmin todettu oikeaksi muun muassa Soho-satelliitin havainnoilla: Auringon pinnassa on miljoonia erilaisia värähtelyitä (akustisia aaltoja ja niiden monikertoja). Tunnetuin on niin sanottu viiden minuutin Auringon ”hengitysjakso”, jonka aikana sen pinta kohoaa ja laskee muutamia kymmeniä metrejä.

Keplerin huippulaitteilla voidaan nyt havaita tähden kirkkaudessa sadastuhannesosan suuruisia, häviävän pieniä suhteellisia eroja. Kirkkaus- ja värierojen avulla voidaan analysoida ja mallintaa tähden sisuksien akustisia aaltoja ja selvittää sitä myöten tähden ikää, kokoa, massaa, koostumusta, lämpötilaa ja konvektio- ja säteilykerroksen paksuuden muuttumista tähden vety- ja heliumpolton edistyessä.

Keplerin astroseismiseen tutkimusliittymään eli KASC-konsortioon osallistuu 440 tutkijaa maapallon eri puolilta. KASC on suurimpia astronomisia hankkeita. Pohjoismaista mukana on Århusin yliopisto. Hanketta johtaa William Chaplin Birminghamin yliopiston fysiikan ja astronomian laitokselta Englannista.

Jatkuu mainoksen jälkeen
Mainos päättyy

– Tähtien sisällä syntyvät turbulenssit eli pyörteet aiheuttavat akustisia aaltoja ja pistävät tähdet soimaan tai värähtelemään soittimien tavoin. Jos mittaa erilaisten soittimien sävelkorkeuksia, saa selville myös instrumenttien kokoeroja: mitä kookkaampi soitin, sitä matalampi sävel ja tummempi ääni. Samalla tavalla voivat astroseismologit nyt erottaa erikokoisia tähtiä toisistaan kuuntelemalla taivaallista musiikkia, sanoo William Chaplin.

Niin sanotun Fourier’n muunnoksen ja käänteismuunnoksen avulla voidaan mikä tahansa tarpeeksi säännöllinen ilmiö muuntaa sinimuotoiseksi aalloksi ja saada selville sen teho. Tätä hyödynnetään myös tähtien kirkkauserojen muuntamisessa takaisin ääniaalloiksi. Tähden sisällä muodostuu akustisten aaltojen ylisäveliä eli matalien taajuuksien resonansseja. Ne kertovat siitä, miltä syvyydeltä ääniaallot ovat tähden sisältä peräisin ja miten paljon vetyä tai heliumia – tähden polttoaineita – niiden tielle osuu: mitä enemmän tähdessä on heliumia, sitä enemmän tähti on jo ehtinyt polttaa vetyä heliumiksi ja sitä vanhempi se on.

– Koska olemme onnistuneet löytämään yli 500 Auringon tyyppistä tähteä, meillä on jo runsaasti tilastollista todistusaineistoa kyseisten tähtien massasta, iästä, koosta ja koostumuksesta. Tähtien ominaisuudet vaihtelevat suuresti, mutta olemme yllätykseksemme havainneet, että kevyitä, oman Aurinkomme kokoluokan tähtiä on paljon enemmän kuin mitä teoriat ovat tähän mennessä ennustaneet.

KASC:in toinen tutkijaryhmä on puolestaan analysoinut punaisten jättiläisten akustiikkaa ja todennut, että tähden seismiset aallot voivat yltää aina sen ytimeen asti. Viiden miljardin vuoden kuluttua Aurinkommekin soittaa punaisen jättiläisen lailla: se on kasvanut 10 kertaa nykyistä suuremmaksi ja loistaa 50 kertaa kirkkaammin. Värikin alkaa muuttua kellertävästä purppuraiseksi.

Runsaan tonnin painoista Kepler-avaruusteleskooppia testattiin myös akustisesti laboratoriossa ennen kuin se laukaistiin neljäksi vuodeksi Aurikoa kiertävälle radalle eksoplaneettojen etsijäksi.
Runsaan tonnin painoista Kepler-avaruusteleskooppia testattiin myös akustisesti laboratoriossa ennen kuin se laukaistiin neljäksi vuodeksi Aurikoa kiertävälle radalle eksoplaneettojen etsijäksi.