Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat onnistuneet saamaan kuvia useista planeetoista, jotka pyörivät toisen auringon kaltaisen tähden ympärillä. Huolimatta tähti-isäntänsä samankaltaisuudesta oman tähtemme kanssa, otokset tästä planeettajärjestelmästä paljastavat, ettei se ole mikään kodin kaltainen paikka.
Tähti, jonka nimi on TYC 8998-760-1 ja joka sijaitsee noin 300 valovuoden päässä Maasta Muscan tähdistössä, on massaltaan samankaltainen kuin Aurinko. Sen kaksi tunnettua planeettaa ovat kuitenkin selvästi vieraita – ne kiertävät tähteään noin 160- ja 320-kertaisella etäisyydellä Maan ja auringon välisestä etäisyydestä (etäisyydet ovat noin neljä ja kahdeksan kertaa suuremmat kuin Pluton etäisyys auringostamme). Molemmat maailmat ovat ylimitoitettuja verrattuna mihinkään muuhun aurinkokuntamme planeettaan. Uloin planeetta on noin kuusi kertaa Jupiteria painavampi, ja sisempi planeetta on 14 kertaa Jupiterin massainen. Kumpikin maailmoista näkyy pienenä pisteenä tähden ympärillä kuvissa, jotka on otettu Euroopan eteläisen observatorion Pohjois-Chilessä sijaitsevan erittäin suuren teleskoopin (Very Large Telescope) Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research -instrumentilla (SPHERE). Havainnot on esitetty yksityiskohtaisesti tutkimuksessa, joka julkaistiin 22. heinäkuuta Astrophysical Journal Letters -lehdessä.
”Todella kiehtovaa tässä työssä on se, että se lisää edelleen sitä valtavaa moninaisuutta, mitä systeemejä ja planeettoja on olemassa, jotka kiertävät kaikenlaisia tähtiä”, sanoo Rebecca Oppenheimer, New Yorkissa sijaitsevan amerikkalaisen luonnonhistoriallisen museon (American Museum of Natural History, New York City) astrofyysikko, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. ”Planeettajärjestelmille ei ole olemassa yhtä ainoaa ’arkkitehtuuria’.”
Uusi tutkimus on vasta kolmas kerta, kun tutkijat ovat onnistuneet ottamaan kuvia – tai ”suoraan kuvaamaan” – useista maailmoista, jotka kiertävät yhtä tähteä. Mutta nuo aiemmin havaitut järjestelmät olivat joko paljon Aurinkoa raskaampien tai kevyempien tähtien ympärillä, mikä tekee niistä vähemmän vertailukelpoisia aurinkokuntamme kanssa. Suora kuvantaminen on edelleen harvinaisuus planeettamme lähiympäristön ulkopuolisten maailmojen tutkimuksessa. Valtaosa tähtitieteilijöiden luetteloissa olevista eksoplaneetoista tunnetaan vain epäsuoremmin keinoin: ne paljastavat olemassaolonsa ja perusominaisuutensa – massansa, kokonsa ja kiertoratansa – hinkkaamalla ajoittain isäntätähteään tai hahmottumalla sitä vasten Maasta katsottuna. Tutkimusta johtanut Alexander Bohn, Alankomaiden Leidenin yliopiston astrofyysikko, sanoo, että eksoplaneettojen suora kuvaaminen on tärkeää, koska ”vastaanottamalla planeettojen valoa pystymme paremmin kuvaamaan niiden ilmakehää – ja ilmakehän alkuainepitoisuuksia – ja koostumusta”. Tämän tiedon avulla tutkijat voivat puolestaan tehdä valistuneempia arvauksia siitä, millaiset voisivat olla vieraan maailman ympäristöolosuhteet – ja siitä, voisiko se Maan tapaan sisältää elämää.
Kukaan ei kuitenkaan harkitse elämää kummassakaan näistä kahdesta äskettäin kuvatusta maailmasta. Sen lisäksi, että ne ja niiden tähti ovat paisuneita kaasujättiläisiä jäähtyneillä kiertoradoilla, joilla ei ole merkittäviä pintoja, joilla eliöt voisivat asua, ne ja niiden tähti ovat paljon nuorempia kuin meidän aurinkomme ja sitä ympäröivät planeetat. ”Järjestelmä itsessään on 17 miljoonaa vuotta ,” Bohn sanoo. ”Ja meidän aurinkokuntamme on 4,5 miljardia vuotta .” Vaikka niillä olisikin asuinkelpoiset olosuhteet, kunkin maailman suhteellisen vastasyntynyt asema ei antaisi biologialle paljon aikaa syntyä kemian oikuista. Vaikka planeettojen koko ja nuoruus tekevät niistä huonoja ehdokkaita tuntemallemme elämälle, juuri näiden ominaisuuksien vuoksi tähtitieteilijät näkevät ne tällä hetkellä ylipäätään, koska ne säteilevät voimakkaan infrapunavalon, joka on peräisin niiden muodostumisen jäljelle jääneestä energiasta. Pienemmät, vanhemmat ja kirkkaammat maailmat, jotka ovat lähempänä tähteään, jäävät nykyisten planeettakuvaajien ulottumattomiin. Ne voitaisiin kuitenkin lopulta havaita valtavien teleskooppien tehokkaammilla laitteilla. Jo kolme erittäin suurta teleskooppia (ELT) – maanpäälliset observatoriot, joiden peilien läpimitta on noin 30 metriä – ovat lähestymässä kehityksensä loppuvaihetta. Tähtitieteilijät pyrkivät voimakkaasti siihen, että NASA tai muut avaruusjärjestöt laukaisisivat tulevina vuosikymmeninä vielä kunnianhimoisempia planeettoja kuvaavia avaruusteleskooppeja.
Siltikin ”olemme uskomattoman kaukana siitä, että voisimme ottaa kuvia Maan kokoisista planeetoista”, sanoo Bruce Macintosh, Stanfordin yliopistossa työskentelevä astrofyysikko, joka on päävastuussa Gemini Planet Imager -laitteesta, joka SPHERE:n ohella edustaa nykyistä huipputasoa eksoplaneettojen kuvaamisessa. ”Nykyisellä tekniikalla voimme nähdä planeetan, joka on noin miljoona kertaa himmeämpi kuin tähti. Se on hämmästyttävää. Mutta jopa Jupiter – aurinkokuntamme suurin maailma – on miljardi kertaa Aurinkoa himmeämpi.”
Kirkkaan tähden vieressä oleva kohdeplaneetta on Bohnin mukaan joko jättiläismäinen kaasupallo tai enemmän Maan kaltainen kallio, sen havainnointi on Bohnin mukaan kuin katselisi ”tulikärpästä aivan majakan vieressä, joka on ehkä metrin päässä”. Haluat nähdä tämän pienen tulikärpäsen, ja olet 500 kilometrin päässä. Tämä on periaatteessa haaste, jonka kanssa olemme tekemisissä.” Jotta SPHERE ja useimmat muut planeettoja kuvaavat instrumentit voisivat kerätä tähteensä verrattuna äärimmäisen heikon valon, ne käyttävät koronagrafiaksi kutsuttua laitetta, joka peittää lähes kaiken tähden valon ja himmentää ”majakan” häikäisyä niin, että läheiset planeetan ”tulikärpäset” voidaan nähdä.
Kunkin maailman vivahteikkaampien yksityiskohtien lisäksi tällaiset kuvat voivat paljastaa muitakin ihmeellisyyksiä – ja herättää tärkeitä uusia mysteerejä – jotka menevät teoreetikoiden vielä orastavan ymmärryksen ytimeen siitä, miten planeettajärjestelmät syntyvät ja kehittyvät. Äskettäin kuvatussa järjestelmässä ”molemmat planeetat ovat muodostuneet saman tähden ympärille ja ovat samanikäisiä, mutta toinen on kaksi kertaa massiivisempi kuin toinen”, sanoo Macintosh, joka ei osallistunut tutkimukseen. ”Niiden ominaisuuksien vertailu auttaa meitä näkemään, miten planeettojen massat vaikuttavat niiden kehitykseen.” Lisäksi hän lisää, että järjestelmän myöhemmät kuvat voivat paljastaa enemmän planeettojen kiertoradoista – ja jopa vielä näkymättömien maailmojen olemassaolosta. ”Ovatko ne samassa linjassa kuin aurinkokuntamme planeettojen kiertoradat? Ovatko ne pyöreitä?” Macintosh kysyy. Vastausten saaminen tällaisiin kysymyksiin voisi osoittaa, ovatko nämä planeetat muodostuneet samalla tavalla kuin aurinkoamme ympäröivät maailmat vai jollakin muulla prosessilla – ja antaa siten uuden vihjeen siitä, ovatko planeettamme kaltaiset planeetat ja järjestelmät yleisiä vai harvinaisia.