Avastatud planeetide suurused algavad 1.5kordsest Maa raadiusest, lõpetades Jupiterist suuremate planeetidega. Viisteist planeeti on suuruselt Maa ja Nepuuni vahel. Hetkel pole veel teada, millised neist on tahked, nagu Maa ja millised paksu gaasist atmosfääriga, nagu Neptuun. Planeedid teevad tähele tiiru peale 6st kuni 143 päevaga ning kõik nad asuvad tähele lähemal, kui Veenus Päikesele.

Täht nimega Kepler-33 omab viite planetaarset kaaslast, mis on kõik Maast veidi suuremad ning on lähemal orbiidil, kui Merkuur Päikesele.

„Enne Kepleri missiooni, teadsime umbes 500st eksoplaneedist,“ teatas Kepleri programmi teadlane Doug Hudgins. „Peale kahte aastat rusikasuurust taevalapi uurimist, on Kepler avastanud üle 60 planeedi ning üle 2300 planeedi kandidaadi. See ütleb meile, et meie galaktika on täis erinevate suuruste ja orbiitidega planeete.“

Kepler on Maad jälitavas orbiidis ümber Päikese ning vaatab oma 0.95meetrise läbimõõduga teleskoobiga Luige ja Lüüra tähtkujude suunas. Ta vaatesse jääb umbes 4.5 miljonit nähtavat tähte, millest uuritakse 156 000. Kepler tuvastab planeedikandidaate, mõõtes korduvalt enam, kui 150 000 tähe heleduse muutust, et leida planeete, mis tähe eest mööduvad. Kui planeet möödub tähe eest, siis heidab ta varju Maa ja Kepleri suunas.

Tihedates tähesüsteemides põhjustab planeetide omavaheline gravitatsiooniline tõmme mõne planeedi kiirenevat või aeglustuvat liikumist ta orbiidil. See kiirendus põhjustab orbitaalperioodi muutust. Kepler tuvastav seda efekti, mõõtes perioodide erinevust. Tänu sellele mõõtmistehnikale, saab planeete tuvastada märksa kiiremini, kui varem.

„Viis, mil kinnitati planeetide olemasolu Kepler-33 ümber, näitab, et meetodi üldine usaldatavus on kõrge,“ ütleb Jack Lissauer NASA uurimiskeskusest.

Planeetide avastamiseks enamasti jälgitakse kas tähe heleduse muutumist
seoses planeedi möödasõiduga tähe eest või radiaalkiiruse muutumist planeedi
gravitatsioonilise tõmbe tõttu. Need meetodid on tõhusad eelkõige oma
ematähele lähedastel orbiitidel tiirlevate planeetide leidmiseks. Uudsem
meetod on vaadelda läbi tähest ja võimalikust planeedist koosneva
gravitatsioonilise mikroläätse mingit taustal olevat tähte, võimendades
sellelt tulevat valgust, mille abil on võimalik tuvastada planeedi
olemasolu. Sellise meetodiga on võimalik leida planeete, mis on palju
kaugematel orbiitidel, ka elukõlbulikus tsoonis.

Arnaud Cassan’i poolt juhitud tiim on PLANET’i (Probing Lensing Anomalies
NETwork) ja OGLE’i (Optical Gravitational Lensing Experiment) andmete
põhjal 2002. ja 2007. aasta vahel uuritud miljonite tähtede seast ligikaudu
3000 puhul täheldanud mikroläätse olemasolu, millest kümnel korral on olemas
ka planeedile iseloomulik läätse-efekt. Kuigi tegemist on potentsiaalselt
väga võimsa meetodiga, on pigem haruldane, et läätsena toimiv täht on mingi
taustal oleva tähega hästi joondatud – ka planeedi orbiit peab olema
vaatleja suhtes kindlas asendis.

Kuigi planeete on otseselt mikroläätsede abil tuvastatud vaid 10, on
statistiliselt leitud ning üldistatud, et umbes 62 protsendil Linnutee
tähtedest on 5-10 Maa massiga planeet, 52 protsendil Neptuuni-laadne
planeet ning 17 protsendil Jupiter-laadne. Kõik need planeedid on oma
ematähest vahemaal, mis Päikesesüsteemi näitel vastab piirkonnale Veenusest
Saturnini, kuhu langeb ka niinimetatud “kuldne” ehk elukõlbulik tsoon, kus
on võimalik aastaringne vedela vee olemasolu. Siiski tuleb nentida, et vaid
murdosa avastatatud ja avastamata eksoplaneetidest on praeguste standardite
järgi elamiskõlbulikud, enamik neist on liiga massiivsed.

Rahvusvaheline teadlaste rühm eesotsas S. Rappaportiga, pakuvad üheks võimalikuks seletuseks tähe ümber tiirlevat kahest planeedist koosnevat süsteemi. Kirjeldatud ebakorrapäraste varjutuste tekkimiseks peaks selle planeedisüsteemi ühine orbitaaltasand pretsesseerima, muutes ühe planeedi tähelt ülemineku asukohta ja sedaviisi muutes ka varjutuste maksimaalset sügavust. Kord katab kogu planeet tähte, kord nö. riivab tähte ainult väikene osa planeedi kettast. Uurimuse autorite väitel aga ei saa selline süsteem olla piisavatalt stabiilne ja seega on kirjeldatud stsenaarium välistatud.

Kunstniku nägemus aurustuvast planeedist. Pilt: ESA / Alfred Vidal-Madjar (Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, France

Teiseks võimalikuks seletuseks pakuvad nad intrigeeriva, kuid kõigi vaatlustega kooskõlalise stsenaariumi, kus varjutusi tekitab tolmusaba, mis pärineb ematähe kuumuse tõttu lagunevalt Merkuuri-taoliselt planeedilt. See on küll hetkel kõigest teoreetiline hüpotees, kuid sobib kõigi praeguste vaatlusandmetega suurepäraselt.

Vaatlused näitavad, et kaaslane peab tiirlema oma orbiidil ematähele väga ligidal, vaid 2.8 Päikese raadiuse kaugusel, mis tähendab, et temperatuur planeedil võib tõusta kuni 2000 C. Planeet arvatakse koosnevat samast ainest, millest ka Maa koor, pürokseeni mineraalidest (sisaldab kaltsiumi, magneesiumi, rauda ja teisi raskemaid elemente). Tänu tohutule kuumusele on hakanud planeedi kivimiline koostis lagunema, mille tõttu on tema atmosfäär täis kivimilist tolmu. Ematähe tugeva tähetuule tõttu puhutakse pidevalt osa atmosfääri planeedist eemale. Kirjeldatud protsessi toetab ka stsenaariumis ette nähtud eksoplaneedi väikene mass, 0.1 Maa massi. Antud mass on piisavalt väike, et aurustunud osakesed saaksid planeedi gravitatsiooniväljast lahkuda. Kuna kivimite lagunemisel tekkivad tolmuosakesed on piisavalt suured, elavad need ematähe tohutus kuumuses piisavalt kaua tekitamaks ematähte varjutada võivat piisavalt tihedat tolmusaba. Selline saba on sarnane komeetide Päikese lähedal tekkivale sabale, sest komeedi jää hakkab Päikese kiirguse tõttu sulama ja vabastab ka komeedis oleva tolmu. Pakutud tolmusaba olemasolu kinnitavad ka varjutuste ebasümmeetrilised profiilid. Varjutuste erinev maksimum võib tuleneda planeedi ebaühtlasest sulamisest, seoses varieeruva pinnakoostisega. Huvitav on veel ka see, praeguste vaatlusandmete põhjal ei ole hüpoteetiline eksoplaneet, nimega KIC 1255b, varjutustes nähtav. Mis on järjekordne sobivus püstitatud hüpoteesiga, et planeedi mass peab olema väikene, mis iseseisvalt ei suudaks ematähte varjutada. Varjutusi tekitaks vaid lagunenud massist tekkinud tolmusaba.

Aurustuvat eksoplaneeti on ka varem vaadeldud. 2003. aastal leiti gaasiline hiidplaneet HD 209458b, mis samuti laguneb ematähe kiirguse tõttu. KIC 1255b on aga eriline selle poolest, et tegu on kivimilise planeediga. Kunagi varem ei ole leitud kivimilist aurustuvat eksoplaneeti.

Tegemaks KIC 1255b olemuse kohta põhjapanevaid järeldusi, vajavad astronoomid lisavaatlusi. Täpsema optilises ja infrapunases lainealas tehtud heleduskõvera alusel saaks rohkem teada võimaliku tolmusaba morfoloogia ja koostise kohta. Spektroskoopiliste vaatluste abil on võimalik kindlaks teha planeedi koostist, veendumaks, et tegu on tõesti kivimilise taevakehaga. Jääme ootele. Arvestades massikaotuse suurust ja planeedi praegust massi on KIC 1255b meiega veel 0.2 miljardit aastat. Piisavalt kaua, et teda põhjalikult uurida.

Planeedid avastas Kepleri kosmoseteleskoop umbes 130 valgusaasta kaugusel asuva tähe (KOI-961) ümbert ja järgnevad vaatlused maal asuvates Palomari ja W. M. Keck’i observatooriumides leidsid, et nende suurused on vahemikus 0.57 kuni 0.78 Maa raadiust.

Nii väiksed raadiused viitavad sellele, et tegemist on meie Päikesesüsteemi siseplaneetidega sarnanevate kiviste planeetidega, kuid kuna need tiirlevad oma tähe ümber kõigest poole kuni kahe Maa ööpäevaga, pole nad kaugeltki elamiskõlbulikud – pinnatemperatuurid kõige sisemise ja välimise planeedi vahel ulatuvad 200st 500 kraadini ning on seega liiga kuumad vedela vee eksisteerimiseks.

Väiksed pole ainult planeedid. Ematähe KOI-961 diameeter on kõigest üks kuuendik meie Päikese omast, millest võib järeldada, et täht ise on vaid 70 protsenti suurem hiiglaslikust gaasplaneedist Jupiter. „Lähim võrdlus suuruses Jupiteri ja tema (Galilei) kuudega ongi selle süsteemi juures kõige imelisem,” ütleb John Johnson, NASA Eksoplaneetide Instituudi juht Caltech’is.

Punased kääbused, väikesed ja jahedad peajada tähed, on kõige tavalisemad Linnutee tähed – umbes kaheksa tähte kümnest meie Galaktikas on punased kääbused – seega viitab uus leid sellele, et seda tüüpi tähe ümbrusest võib otsida maasarnaseid kiviseid planeete. Siiamaani on Kepleri poolt leitud 900st potentsiaalsest planeedisüsteemist vaid 85 leitud olevat punase kääbuse süsteemid.

„Kui kombineerida see faktiga, et tegemist on ühtede arvukaimate tähtedega Galaktikas, saab selgeks, et seda tüüpi süsteem võib olla üsna tavaline,” ütleb Philip Muirhead, samuti Caltech’ist ja peamine autor artiklile, mis räägib sellest avastusest ajakirjas Astrophysics Journal. „Kahtlemata on see huvitav.”

KOI-961 on ka rabavalt sarnane lähedal asuvale ja palju uuritud punasele kääbusele, Barnard’i tähele, mis on kõigest kuue valgusaasta kaugusel. „Barnard’i täht ja KOI-961 on mõlemad M-klassi kääbused, tuntud ka punaste kääbustena,” ütleb Vanderbilt’i astronoom Keivan Stassun. „Kui võrdlesime KOI-961 sõrmejälgi enimtuntud punaste kääbuste omadega, nägime, et Barnard’i täht oli parim vaste.”

Kuigi Barnard’i täht andis teretulnud alguspunkti, millest tuletada uue Kepleri süsteemi iseloomulikud jooned, ei ole selle tähe enda ümber ühtegi teadaolevat planeeti. Sellegipoolest võib uue M-tüüpi kääbuse leidmine, mille ümber tiirlevad planeedid, suurendada tõenäosust, et ka Barnard’i tähe ümbruses võib olla planeete, mis tiirlevad tunduvalt kaugemal. Kuna Kepleri kosmoseteleskoop peab mööduvale planeedile viitava heleduse languse detekteerima kolmel korral enne, kui täht märgitakse ära kui planeedikandidaat, võtab pikemate perioodidega planeetide avastamine tähe ümber kauem aega.

„Kui need planeedid on nii tavalised kui nad paistavad – ja kuna punased kääbused ise on nii tüüpilised – siis kogu Galaktika peaks kihama väikestest elukõlbulikest planeetidest tuhmide punaste kääbuste ümber,” lisab Johnson.

Planeedid avastas NASA Kepleri teleskoop, mis jälgib tuhandete tähtede väikseid heleduse langusi, mis on tingitud planeedi üleminekust tähe eest, mil planeet blokeerib ajutiselt väga pisikese osa tähe valgusest. Üks uutest planeetidest, Kepler-20f, mis avastati 1000 valgusaasta kauguse tähe Kepler-20 ümbert, on peaaegu sama raadiusega kui Maa, omades 1.03 Maa raadiust. Teise planeedi, mis on ka väiksem kui Veenus, raadius on kõigest 0.87 Maa raadiust, mis teeb selle ühtlasi ka väikseimaks eksoplaneediks, mis Päikese-sarnase tähe ümbert on avastatud.

„Me oleme võimelised registreerima perioodilisi tähe heleduse langusi, mis on väiksemad kui 0.01 protsenti sellest, mis nähtus Kepler-20e korral iga kuue päeva tagant, niisamuti kui ka teist perioodilist tähe heleduse langust, mis toimus iga 20 päeva tagant 2 aasta jooksul. Nende signaalide kaudu suudame me määrata planeetide suurused kui ka nende orbitaalsed kaugused,“ seletab François Fressin Harvard Smithsoniani astrofüüsika keskusest, kes on ka täna ajakirjas Nature ilmunud artikli peaautor. „Nende planeetide massid on nii väikesed, et meil pole siiani õnnestunud mõõta nende gravitatsioonilist mõju ematähele, aga me saame väga kaalutletult oletada, et mõlemad Maa-suurused objektid on kivimilised.

Fressin ja tema kolleegid teatavad, et planeedid ei ole Maa-sarnased mitte ainult suuruse poolest, vaid ka nende koostise poolest, mis hõlmab samuti rauast tuuma ja silikaat vahevööd. Veelgi enam, Kepler-20f-il võib olla moodustunud ka paks veeaurust koosnev atmosfäär. Kuid Kepler-20e tiirleb 7.6 miljoni kilomeetri ja Kepler-20f 16.5 miljoni kilomeetri kaugusel ematähest, mis tähendab, et nad on 10 kuni 20 korda lähemal Kepler-20-le kui Maa Päiksele. Seetõttu võib nende pinnatemperatuur ulatuda 600 kraadini Celsiuse skaalal.

Hoolimata väga kuumast keskkonnast, spekuleerivad autorid, et Kepler-20f võib ikka omada veeaurust koosnevat atmosfääri, kui see on moodustunud tagapool „lumepiiri“ – koht tähesüsteemis, kus tahke jää on stabiilne – ja siis liikunud sissepoole. Planeedi veevarud võivad säilida mitu miljardit aastat selle praeguses asukohas ning paks atmosfäär võib kaitsta planeedi pinnast intensiivse tähekiirguse eest. Olenemata, milline on Kepler-20e atmosfäär kord olnud, on see ammu kadunud.

Nii väikeste planeetide avastamine ei ole lihtne. Fressin ja töörühm pidid olema võimelised välistama saadud signaalide teisi võimalikke põhjuseid, nagu näiteks vaadeldava tähe varjutamine nägematu tähe poolt või siis pruuni kääbuse tiirlemine ümber jälgitava tähe.

„Me koostasime suuremahulise simulatsiooni astrofüüsikalistest konfiguratsioonidest, mis võivad jäljendada antud signaale, ning me suutsime nendest välistada suure enamuse kui potentsiaalseid põhjuseid signaalide tekkeks, mida me näeme, sest need, kas ei sobitu Keplerilt saadud andmetega või vaatluslike piirangutega teiste teleskoopidega vaatlemise puhul,“ ütleb Fressin ajakirjale Astronomy Now. „Nende kahe planeedi olemasolu on kinnitatud. Need signaalid ei saa olla tekkinud millegi muu kui Maa-suuruste planeetide tõttu.“

Teised tähesüsteemi kuuluvad planeedid nagu Kepler-20b,c ja d on suuremad kui Maa, raadiustega 1.91, 3.07 , 2.75 Maa raadiust ning vastavalt tiirlemisperioodiga 3.7 , 10.9 ja 77.6 päeva.

Maast väiksema kui ka suuruselt identse planeedi leidmine on oluline samm otsinguil, mis viivad meid peamise eesmärgini: leida Maa-sarnane planeet, mis tiirleb ümber ematähe elukõlbulikus tsoonis- kaugusel, kus vedel vesi on stabiilne.

Kunstniku kujutus kahest eksopleneedidst. Illustratsioon: Stéphane Charpinet/Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie in Toulouse, Prantsusmaa.

Avastamine õnnestuski tänu sellele, et planeete valgustav täht on neile lähedal ja piisavalt hele. Vaadeldi tähe poolt tuleva valguse heleduse muutumisi, mis võivad olla tekkinud kahel põhjusel: planeet peegeldab tähevalgust või täht soojendab planeeti nii, et viimane hakkab kiirgama. Kuna planeet kiirgab rohkem sellelt poolelt, kus on päev ja vähem sealt kus öö, siis niisuguse erinevuse nägemine aitas avastamisele kaasa. On võimalik, et seal tähesüsteemis on veel kolmas väiksem planeet, kuid vaatlusandmeid on vähe selle kinnitamiseks.

Planeedid asuvad ematähele väga lähedal, vastavalt 0.0060 ja 0.0076 aü (0.9 ja 1.14 mln km) kaugusel. Kuna nad on nii lähedal, siis nende tiirlemisperiood on 5.7625 ja 8.2293 tundi. On võimalik, et just nende tiirlemisperioodide eripärasus on muutnud nende orbiidid stabiilsemaks ning aidanud neil üle elada ematähe punase hiiu faasi.

Avastus on oluline, kuna annab aimu, mis juhtub planeetidega tähe punase hiiu faasis ning aitab ka mõista, kuidas planeedid mõjutavad tähe arengut.

Kepler-22b asukoht elukõlbulikus tsoonis. Võrdluseks on toodud ka nelja Päikesesüsteemi planeedi orbiidid. Elukõlbulik tsoon on ala, kus vesi saab eksisteerida vedelal kujul planeedi pinnal. Pilt: NASA/Ames/JPL-Caltech

Vastkinnitatud planeet Kepler-22b on väikseim planeet, mida teatakse asuvat elatavas tsoonis – alas, kus vesi saab planeedi pinnal eksisteerida vedelal kujul. Kepler-22b tiirlemisperiood on 290 päeva, läbimõõt on 2.4 Maa läbimõõtu ning ta asub meist 600 valgusaasta kaugusel. Praeguseks pole veel kindel, kas tegu on peamiselt kivise, vedela või gaasilise planeediga. Täht, mille ümber Kepler-22b tiirleb, on G-spektriklassi täht nagu Päikegi, kuigi veidi jahedam ja väikesem.

“Õnn naeratas meile selle planeedi avastamisel,” teatas NASA Ames’i Teaduskeskuse vastutav teadur William Borucki, kes oli ühtlasi ka Kepler-22b avastanud töörühma juht. “Esimene varjutus mõõdeti ainult kolm päeva pärast Kepleri töökorras olevaks kuulutamist. Kolmas, määrav varjutus sai mõõdetud 2010. aastal.”

Veebruaris avaldatud 54 elatavas tsoonis asuvast eksoplaneedi kandidaadist on Kepler-22b esimene kinnitatud eksoplaneet. Samuti avaldab Kepleri meeskond 5.-9. detsemberil peetaval konverentsil 1094 uut eksoplaneedi kandidaati. Info, mille põhjal need avastused on tehtud, pärineb 2009. aasta maist kuni 2010. aasta septembrini ning kuna varjutuste otsimiseks oli võrreldes veebruaris avaldatud tulemustega märgatavalt rohkem aega, avastati Maa-suuruste planeetide osakaalu märgatav kasv. See tähendab, et Maa-sarnased planeedid ei olegi nii haruldane nähtus, kui varem arvati.

Uute andmete jäergi on varasema 54 elatavas tsoonis asuva eksoplaneedi kandidaadi asemel praeguseks 48 kandidaati. Selline vähenemine on tingitud elatava tsooni definitsiooni kitsendamisest, mis arvestab ka planeedi atmosfääri soojendavaid efekte ning nihutab elatava tsooni varasemast suurematele kaugustele.

LkCa 15 b. Kunstniku nägemus protoplanetaarsest kettast. Sellest seespool on eksoplaneet. Autor: Karen L. Teramura, UH IfA

Eemaldades tähe valguse jäi pildile tähe ümber olev protoplanetaarne ketas ning eksoplaneet, mis oli oma arengu algfaasides. LkCa 15 b on Jupiteri sarnane planeet, mille ülemiseks massipiiriks hinnatakse kuute Jupiteri massi. Kauguseks tähest on umbes 16-20 aü (kuna olemas ainult 3 pilti ja orbiit on elliptiline, siis veel täpselt ei teata). Uurides erinevatel lainepikkustel muutus objekti struktuur keerulisemaks, mida võib olla ei ole võimalik seletada mudeliga, milles on täht ja üks planeet.

Avastuse olulisus on peamiselt see, et vastavas protoplanetaarse ketta evolutsioonifaasis on planeetide olemasolu võimalik. Samuti aitab see mõista planeetide teket.

Protoplanetaarne ketas. Hubble kosmoseteleskoobi ülesvõte Orioni tähtkujus paiknevast tekkivast tähesüsteemist, kus on näha protoplanetaarset ketast. Pilt: NASA/ESA and L.Ricci (ESO).

Siiani on peamiselt planeetide tekke mudelites kirjeldatud üksiku tähe ümber moodustuvaid planeete. Kuna tavaliselt tekivad tähed, ja seega ka planeedid, parvedesse, siis uurisid teadlased parve tähtede ümber olevate protoplanetaarsete ketaste mõju üksteisele. Uurimiseks kasutati arvutisimulatsioone.

Tulemuseks saadi, et häirituste tõttu ei kao protoplanetaarsed kettad, vaid nende orientatsioon muutub. Muutuda võivad orbiidi elliptilisus, kaldenurk tähe pöörlemistasandi suhtes kui ka tiirlemisperiood. Häirituse mõjuga ketastest tekkivate planeetide orbiidid on kettaga sarnased. Vaatluslikult on leitud niisuguse orbiidiga eksoplaneete.

Kui planeedi kaldenurk võrreldes teiste planeetidega on suur, siis hakkab see tekitama häiritusi süsteemi liikumises. Häirituste mõjul võivad väiksemad planeedid tähesüsteemist lahkuda. Arvatakse, et väiksematel planeetidel on elu võimalikkus suurem, kuid kuna neid on häiritatud süsteemidest lihtsam eemaldada, viitab see väiksemale elu olemasolu tõenäosusele väljaspool Maad.

TrES-2b. Kunstniku ettekujutus tähele lähedasest planeedist. Pilt: David A. Aguilar (CfA)

Väikese peegelduvuse põhjused ei ole täpselt teada, kuid pakutakse kahte põhjust. Planeetidel (näiteks Jupiteril) on suur peegelduvus pilvekihi tõttu. Kuna TrES-2b on väga kuum, siis atmosfäär ja pilved tal puuduvad, mis teeb peegelduvuse väiksemaks. Suurem põhjus võiks peituda keemilises koostises. On leitud, et teatud ained neelavad väga palju valgust, näiteks aurustunud kaalium ja naatrium ning titaanoksiid. Arvatakse, et planeedi pind võib sisaldada neid aineid, kuigi kindel saab olla vaid siis kui uuritakse spektrit. Niisugust planeedilt peegeldunud valguse spektrit on paraku väga raske mõõta.

Eksoplaneeti vaatles kosmoseteleskoop Kepler, mis ongi spetsialiseerunud eksoplaneetide leidmiseks. Kepleri nimekirjas on TrES-2b väga kõrge tähtsusjärjekorraga vaatlusobjekt, niisuguse tähtsusega on vähem kui 1% kõikidest vaadeldavatest objektidest. Avastus näitab, kuivõrd erinevad võivad olla tähtede ümber tiirlevad planeedid.

Kunstniku ettekujutus planeedist, mis ei tiirle ühegi tähe ümber. Pilt: NASA/JPL-Caltech.

Mikroläätse efekt on üks gravitatsiooniläätse efekti alamliike. Efekt tekib kui mingi objekt (antud juhul üksik planeet) jääb kaugema tähe ja vaatleja vahele. Sellisel juhul osa valgusest, mis muidu oleks vaatlejast eemale suunatud, murtakse objekti poolt vaatleja suunas. Tulemuseks on heledam objekt, kui tavaliselt.

Projekt, mille vaatluste käigus tehti avastus kannab nime MOA ehk Microlensing Observations in Astrophysics ehk Mikroläätsede vaatlused astrofüüsikas. Vaatluseid tehti Jaapani ja Uus Meremaa koostööga kahe aasta vältel. Selle käigus uuriti läbi umbes 50 miljonit tähte Linnutee mõhna suunas (võrdluseks, et Linnutee koosneb umbes 100-400 miljardist tähest). Läätse efekt kestab u 2 päeva kui varjutajaks on planeet ning see sõltub mõnevõrra kaugustest täheni ja planeedini.

Teadlased võtsid arvesse vaatlusteks kulutatud aega, vaadeldud tähtede arvu ja mikroläätse efektide arvu ning leidsid, et kui 10 sobivat mikroläätse juhtumit tekib u 2 aasta jooksul, siis summaarne üksikute planeetide arv peaks olema sadu miljardeid. Esmastel hinnangutel peaks olema Linnutees natuke alla kahe korra rohkem üksikuid planeete kui tähti.

Avastatud planeetide massid olid Jupiteri massiga või natuke suuremad. Seletamaks üksikute planeetide suurt arvukust pakuti välja, et on võimalik, et planeetide teke toimub mõnevõrra ebastabiilses keskkonnas, mille tulemusena eemaldatakse osa planeete tähesüsteemist. Arvestati ka võimalusega, et tegemist võiks olla ikkagi tähe ümber oleva planeediga, aga väga elliptilisel orbiidil. Lähem uurimine aga selgitas, et tegemist peab olemas siiski üksikute planeetidega.

Teleskoop kombineerib kaks 8.4-meetrise nõguspeegliga koondatud valgusjuga, moodustades seni suurima lahutusvõimega teleskoobi.

Suur binokulaarne teleskoop Arizonas. Foto: Large Binocular Telescope Observatory.

Uue teleskoobiga plaanivad astronoomid uurida lähedal asuvates tähesüsteemides piirkondi, kus võib leiduda vedela veega Maa-sarnaseid planeete. Kuigi suure binokulaarse teleskoobi interferomeeter Maa-suuruste planeetide leidmiseks otseselt suuteline ei ole, on võimalik selle abil näha Jupiteri-suuruseid planeete ning planeetide tekkele vihjavaid tolmukettaid. Uurimistulemused võimaldavad tulevikus eksoplaneetide missioonide tarvis Maa-sarnaseid planeete leida.

Naabertähesüsteemides “elamiskõlblikku tsooni” uurida võimaldav teleskoop on täienduseks senisele Kecki interferomeetrile, mis leiab tolmu tähtede lähedalt, ning Spitzeri kosmoseteleskoobile, millega vaadeldakse planeete moodustavat tolmu tähtedest kaugemal.

Projekti juhtivuurija Phil Hinz’i väitel aitab suur binokulaarne teleskoop saada parema ettekujutuse tähesüsteemidest ning leida lähedalasuvaid Maa-sarnaseid planeete.

Aastal 2011 plaanitakse suuremat täiendust teleskoobi adaptiivsele optikale. Järgnevad testimine, seadme töökorda seadmine ning alustatakse teadusvaatlustega.

Projektijuhi Tom McMahon’i sõnul on tegemist maailma kõrgeima lahutusvõimega instrumendiga, mille abil ei ole võimalik pildistada mitte ainult eksoplaneete, vaid ka galaktikaväliseid objekte, udukogusid ja galaktikaid.

Eelmise aasta lõpus avastatud GJ 1214b-ks nimetatud eksoplaneet tiirleb oma punasest kääbusest ematähele niivõrd lähedal, et lootus sealt elu leida on olematu. Sellegipoolest on see Maast vaid 6,5 korda suurema massiga üks väiksemaid Päikesesüsteemi-väliseid planeete, mis eales avastatud. Veelgi enam – eelnevate vaatluste kohaselt on planeedi tihedus kaugelt liiga väike, et olla paljas ilma atmosfäärita kosmiline kivikamakas.

GJ 1214b pakub astronoomidele unikaalset võimalust uurida planeeti muidu harilikele mitmeotstarbelistele teleskoopidele kättesaamatuks jääva täpsusega. Oma iga 38-tunnise tiirlemisperioodi kohta liigub planeet Maa suhtes 50 minutit oma ematähe eest läbi. See omakorda pakub täheteadlastele võimalust uurida planeedi atmosfääri läbivat valgust, mis annab otseseid vihjeid kaaslast ümbritseva gaasiümbrise ning seal leiduvate kemikaalide kohta.

„Me ei leidnud vaadeldud spektriosas mitte midagi huvipakkuvat, mis teebki just selle tegelikult eriliseks!“ tutvustas uurimuse peaautor Jacob Bean tööd. Maa atmosfääri läbides tekivad valguskiirtes unikaalsed häired, mida saab vaadeldavalt objektilt hajunud valguskiirtest mahuka töö tulemusena eemaldada. „Alles jäävadki ainult vaadeldava planeedi atmosfääri poolt põhjustatud muutused,“ selgitas Bean. Analüüsi tulemusena eraldatud häirete hulk ei olnud samas eriti suur, mis saab tähendada vaid seda, et atmosfäär koosneb tõenäoliselt rasketest molekulidest.

Kergematest molekulidest nagu vesinikust koosnev atmosfäär oleks tunduvalt paksem ning blokeeriks rohkem tähevalgust kui näiteks veest koosnev atmosfäär, mida tõmbab planeedi gravitatsioon enda poole tugevamini. „Atmosfääri isikupäratu allkiri seab meile üpris tugevad piirangud ning võimalike analüütiliste lahendite arv kahaneb märgatavalt,“ ütles Bean. Vaatlustulemused jätavad probleemile kaks lahendust.

Kõige paremini klapib vaatlustega stsenaarium, kus GJ 1214b taevas meenutab ülikuuma 500 soojakraadi ületavat aurusauna. Sõltuvalt temperatuurist ning rõhust võib aur edasi muutuda ülikriitiliseks molekulaarvedelikuks. Sarnaselt gaasile võib seda läbida ka tahke aine, kui seal vaid midagi tahket peale planeedi enda tuuma oleks. „Stsenaariumi kohaselt algselt jääplaneet olnud GJ 1214b on oma algse vormi juba ammu minetanud,“ tõdes Bean.

Teise võimaluse kohaselt on eksoplaneedi atmosfäär küll vesinikurikas, kuid seda katab paks pilvekiht. Sellisel juhul meenutaks planeet Päikesesüsteemi Neptuuni, mille kivisest ning jäisest tuumast eraldub gaase vaid vulkaanilise tegevuse perioodidel. Selline planeet oleks veelgi kuumem, kui ‘veemaailm’ ning temperatuurid küündiksid 1000 kraadini Celsiuse järgi. Atmosfääri rõhk oleks Maa omast sada korda suurem.

Hiljuti Bryce Crolli poolt avaldatud uurimus tõstatab siiski ka veelkord võimaluse, et GJ 1214b vesinikupilved on vaatlustel kasutatud pikkadel lainepikkustel läbipaistvad, kuid nähtavas spektriosas hajutavad valgust. Samas rajaneb tema töö ka ainult kahele vaadeldud spektripunktile. „Ma arvan, et põrgulik super-Maa pakub ka paljudele teistele suurt huvi ning seega saame oodata uut andmetevoogu järgmise aasta jooksul. Kuid see on alles esimene samm elukõlbulikus tsoonis asuvate eksoplaneetide atmosfäärikoostise välja nuputamiseks,“ jääb Bean mõtlikuks.

Avastus on erakordne, kuna tegemist on ikkagi objektiga, mis on pärit väga kaugelt. Avastamine osutus võimalikuks seetõttu, et galaktika, milles eksoplaneet avastati, sattus 6–9 miljardit aastat tagasi Linnuteele liiga lähedale ning “neelati alla”. Selle tulemusena kisti kääbusgalaktika kitsaks tähejadaks ning praegu nimetatakse neid allesjäänud tähti Helmi tähevooluks. Analoogseid voolusid on Linnutees veel mitmeid.

Täht, mille ümber avastatud eksoplaneet tiirleb, on punase hiiu staadiumis, mis tähendab, et ta eluiga hakkab lõpule jõudma. Kuna punase hiiu staadiumisse jõudes täht paisub, siis planeedi kaugus tähepinnast väheneb. Praegusel hetkel hinnatakse seda 0.055 aü peale. Võrdluseks võib tuua, et Merkuuri kaugus Päikesest muutub vahemikus 0.307-st kuni 0.466 aü-ni. Väikese kauguse tõttu tiirleb eksoplaneet ümber tähe 16.2 päevaga.

Spektroskoopilistest vaatlustest leiti, et süsteemi metallisisaldus on väiksem, kui teiste teadaolevate planeedisüsteemide oma. Praeguste mudelite järgi on vaja rohkem raskeid elemente, et moodustada hiidplaneete. See on põhjus, miks antud avastus on tekitanud teadlastele palju peamurdmist ning sunnib täpsustama planeeditekke mudeleid.

Tähte Gliese 581 vaadeldi 11 aasta jooksul Havai saartel asuva 10-meetrise teleskoobiga Keck I. Instrumendina oli kasutusel spektromeeter HIRES, millega mõõdeti väga täpselt tähe radiaalkiirust. Tähe ümber tiirlevad planeedid avaldavad tähele gravitatsioonilist mõju, mis tuleb esile radiaalkiiruse muutumises. Mida väiksema massiga on planeet, seda väiksemad on ka radiaalkiiruse muutused ja seda raskem on planeeti avastada. Kecki teleskoobiga saadi 11 aasta jooksul 122 mõõtmistulemust, mis kombineeriti 4.3 aasta jooksul ESO spektrograafiga HARPS tehtud 119 mõõtmisega.

Gliese 581 ümber oli juba varem avastatud neli planeeti, mis kannavad tähiseid b, c, d ja e. Nüüd avaldatud töö käigus leiti lisaks kaks planeeti, mis saavad järjekorras tähised f ja g. Tegemist on planeedirikkaima süsteemiga väljaspool meie Päikesesüsteemi.

Gliese 581 süsteemi planeedid, nende tiirlemisperioodid päevades, massid Maa massides ja kaugused tähest astronoomilistes ühikutes on toodud järgnevas tabelis.

Seni on palju tähelepanu saanud planeedid c ja d, mis mõlemad paiknevad eluks kõlbuliku tsooni ligidal. Arvatakse siiski, et planeet c on vedela vee leidumiseks liiga kuum ehk tähele liiga lähedal ja d liiga külm ehk tähest liiga kaugel. Samas tugeva kasvuhooneefekti abil oleks vee leidumine planeedil d mõeldav.

Äsjaavastatud planeetidest on huvipakkuvam planeet g, sest asub just täpselt parajal kaugusel tähest, et sellel saaksid olla eluks sobivad tingimused. Tegemist on esimese Maa-sarnase eksoplaneediga, mis asub elukõlbulikus ehk niinimetatud Kuldkihara tsoonis. Kuna planeedi g üks külg on alati pööratud tähe poole ja teine sellest eemale, siis kõige tõenäosemalt on eluks sobivaim varjujoone ehk terminaatori ala.

Värske uurimistöö autorid arutlevad, et kuna eluks kõlbulik planeet leiti väga varakult, kui Maa-sarnaseid eksoplaneete on väga vähe avastatud, võib eluks sobivaid planeete leiduda paljude tähtede juures.

Allikad:

• NASA and NSF-Funded Research Finds First Potentially Habitable Exoplanet (NASA pressiteade)
• The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M_Earth Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581 (teadusartikkel arXivis)