Monet eksoplaneetat kiertävät tähteään niin lähellä, että niiden lämpötilat huitelevat tuhansissa asteissa. Siksi tutkijoita on askarruttanut, voivatko niiden kaasukehät olla rakenteeltaan alkuunkaan samanlaisia kuin Maan ilmakehä.

Meillä ilmakehän alimmassa kerroksessa eli troposfäärissä, missä tapahtuvat tutut sääilmiöt, lämpötila laskee ylöspäin mentäessä. Noin 15 kilometrin korkeudessa tilanne muuttuu päinvastaiseksi: lämpötila alkaa kohota. 

Syynä on otsoni, joka imee itseensä Auringon ultraviolettisäteilyä. Stratosfäärin lämpötilainversio muodostaa myös "vesilukon", joka estää vesihöyryä kohoamasta ilmakehän yläosiin, missä se hajoaisi vedyksi ja hapeksi.

Samanlainen ilmiö on havaittavissa myös Aurinkokunnan jättiläisplaneetoilla. Niiden kaasukehässä lämpösiepparina toimivat hiilivety-yhdisteet. Useimmat tunnetut eksoplaneetat ovat kuitenkin niin kuumia, että sen enempää otsonia kuin hiilivetyjäkään ei voi esiintyä niiden kaasukehissä.

Tutkijat ovat pohtineet, voiko tällaisilla tulikuumilla planeetoilla olla stratosfääriä lainkaan. Näköjään voi.

Hubble-avaruusteleskoopilla on tehty havaintoja WASP-33b-planeetasta, joka on noin 400 valovuoden etäisyydellä Maasta. Massaltaan planeetta on noin 4,5-kertainen Jupiteriin verrattuna. Se kiertää tähteään alle neljän miljoonan kilometrin etäisyydellä ja yhteen kierrokseen menee aikaa alle 30 tuntia. Pieni etäisyys tekee planeetasta todellisen pätsin.

Infrapuna-alueella on onnistuttu mittaamaan planeetan heijastaman säteilyn spektri, josta löytyi merkkejä vedestä – tai pikemminkin vesimolekyyleistä, sillä planeetan lämpötiloissa vesi ei voi esiintyä nestemäisessä muodossa. Spektrihavaintojen avulla voitiin määrittää lämpötila, joka planeetalla vallitsee.

Vesimolekyylien spektrijäljet syntyvät kaasukehän kerroksessa, jossa lämpötila on noin 3 500 celsiusastetta. Muiden alkuaineiden ja molekyylien säteilystä voitiin päätellä, että alempana lämpötila on "vain" noin 1 600 astetta. 

Planeetan kaasukehässä näyttäisi siis olevan stratosfääri, joka imee itseensä merkittävän osan tähden säteilystä. Siksi lämpötila on sen kohdalla paljon korkeampi kuin sellaisen planeetan kaasukehässä, jolla ei stratosfääriä ole. Samalla stratosfääri kuitenkin "viilentää" lähempänä pintaa oleva kaasukehää. 

WASP-33b:n lämpötiloissa vaihtoehdot Auringon säteilyä imeviksi aineiksi ovat vähissä. Tutkijoiden mukaan planeetan kaasukehässä on titaniumoksidia, joka hoitaa homman. Se imee tehokkaasti sekä näkyvää valoa että ultraviolettisäteilyä. Titaniumoksidi voi myös esiintyä kaasumaisessa olomuodossa kaukaisen planeetan huimissa lämpötiloissa.

Hubblen havainnoista kerrottiin NASAn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä tänään 12. kesäkuuta.

Kuva: NASA/Goddard

Tähdet eivät useinkaan ole sellaisia kiltisti käyttäytyviä kaasupalloja kuin niiden voisi kuvitella olevan, kun katselee yötaivaalla vakaasti loistavia valopisteitä. Auringossakin kiehuu ja kuohuu, ja aika ajoin sen ulkokerroksissa tapahtuu rajuja räjähdyksiä ja valtaisia purkauksia.

Hubble-avaruusteleskoopilla on päästy seuraamaan varsinaista riehujaa. NaSt1-luettelonimellä tunnetulle tähdelle on annettu lempinimeksi Nasty 1 eli "Ykköspahis". Virallinen nimi tulee tutkijoilta, Jason Nassaulta ja Charles Stephensonilta, jotka löysivät kohteen vuonna 1963. Sillä on etäisyyttä noin 3 000 valovuotta.

Tähti on luokiteltu ominaisuuksiensa perusteella kuuluvaksi niin sanottuihin Wolf-Rayet-tähtiin. Ne ovat paljon Aurinkoa suurempia tähtiä, jotka massiivisuutensa ansiosta kehittyvät hyvin nopeasti. Vedystä koostuvat tähden ulko-osat karkaavat avaruuteen ja paljastavat hyvin kuuman ja kirkkaan ytimen, jonka fuusioreaktioissa helium muuttuu raskaammiksi alkuaineiksi.

Kun avaruuden ilkimystä päästiin tutkimaan tarkemmin, se ei näyttänytkään tyypilliseltä Wolf-Rayet-tähdeltä, vaan joltain aivan muulta: vastaavaa ei ole Linnunradassa aiemmin nähty. Tähden kaasun oletettiin virtaavan avaruuteen kahteen vastakkaiseen suuntaan samaan tapaan kuin eteläisellä taivaalla Kölin tähdistössä näkyvässä Eta Carinaessa.

Todellisuudessa Nasty 1 -tähteä ympäröi litteä kaasukiekko, jolla on läpimittaa lähes kaksi biljoonaa eli 2 000 000 000 000 kilometriä, siis yli 13 000 kertaa Maan ja Auringon välinen etäisyys. Kiekon arvellaan syntyneen, kun näkymätön seuralaistähti on kiskonut vetovoimallaan kaasua jättiläistähden ulko-osista (yllä taiteilijan näkemys).

Tähtiä ympäröivällä kaasukiekolla arvioidaan olevan ikää vain joitakin tuhansia vuosia, joten kosmisessa kalenterissa se on hyvin nuori. "Wolf-Rayet-tähden syntymisestä kahden tähden vuorovaikutuksessa on aniharvoja esimerkkejä, koska tällainen kehitysvaihe kestää hyvin lyhyen aikaa, ehkä vain satatuhatta vuotta. Tuloksena oleva kiekko ei ole havaittavissa välttämättä edes 10 000 vuotta", selittää tutkimusta johtanut Jon Mauerhan Kalifornian yliopistosta Berkeleystä.

Tutkijat arvelevat suuremman tähden olevan niin massiivinen, että se on kehittynyt hyvin nopeasti ja vety on loppumassa sen sisuksista. Kun ydinpolttoaineeksi on vaihtunut helium, tähti on laajentunut. Siksi ulko-osien vety ei ole enää niin tiukasti vetovoiman otteessa, ja pienempi sekä tiheämpi seuralaistähti on päässyt siihen käsiksi. Galaktisen kannibalismin seurauksena ainetta virtaa tähdestä toiseen ja jättiläistähti on siirtynyt Wolf-Rayet-vaiheeseen.

Aiemmin "vetyvuodon" syynä pidettiin yksinäisen tähden voimakasta hiukkastuulta. Kaksoistähtimalli on tullut suositummaksi, kun on käynyt ilmi, että suurin osa, jopa 70 prosenttia, massiivisista tähdistä kuuluu kaksoistähtijärjestelmiin. Pelkästään tähtituuleen perustuva massakato ei pysty selittämään Wolf-Rayet-tähtien lukumäärää Linnunradassa.

Massiivisen tähden vuodattama aine ei kuitenkaan aina päädy kasvattamaan seuralaistähden massaa. Osa siitä voi karata kummaltakin ja muodostaa kaksoistähden ympärille valtaisan kiekon – juuri kuten Nasty 1 -järjestelmässä. Siinä tähtikannibalismi on hyvin sottaista syömistä.

Otsikko ei viittaa Disneyn ensimmäisen pitkän värianimaation Lumikin ja seitsemän kääpiön kuvitteelliseen jatko-osaan, vaan pallomaisessa tähtijoukossa 47 Tucanae käynnissä olevaan tähtien jäänteiden eli valkoisten kääpiöiden vaellukseen.

Valkoiset kääpiöt ovat Auringon kokoluokkaa olevien tähtien kehityksen päätepisteitä. Kun tähden polttoaine alkaa loppua, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja lopulta puhaltaa suuren osan aineestaan avaruuteen. Jäljelle jää hiljalleen laajeneva ja harveneva planetaarinen sumu, ja suunnilleen Maan kokoinen valkoinen kääpiö.

Pallomaisissa tähtijoukoissa valkoiset kääpiöt käyvät levottomiksi ja alkavat siirtyä hitaasti kohti joukon laitamia. Syynä on erimassaisten tähtien gravitaatiobiljardi. Ohitellessaan massiivisia jättiläistähtiä pienemmät tähdet – ja valkoiset kääpiöt – ryöväävät niiltä liike-energiaa. Saadessaan lisää vauhtia pienet tähdet viilettävät kauemmas joukon tiheästä keskustasta, mihin puolestaan massiiviset tähdet "putoavat" niiden nopeuden hidastuttua.

Tähän asti tämä kaikki on ollut teoriaa ja perustunut havaintoihin tähtien jakaumasta pallomaisissa joukoissa. Nyt Hubble-avaruusteleskoopilla on ensimmäisen kerran onnistuttu näkemään, kun valkoiset kääpiöt matkaavat kohti joukon ulko-osia.

47 Tucanae on satojen tuhansien tähtien muodostama pallomainen joukko, joka sijaitsee noin 16 700 valovuoden etäisyydellä eteläisellä taivaalla Tukaanin tähdistön suunnassa. Se on taivaan toiseksi kirkkain pallomainen joukko Omega Centaurin jälkeen ja näkyy helposti paljain silmin – jos matkustaa riittävän etelään sitä katselemaan. 

Tähtitieteessä etäisyys tarkoittaa myös paluuta menneisyyteen: mitä pidempi matka, sitä kauemmas historiaan katsotaan. Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt poikkeuksellisen kirkkaan galaksin, jolla on etäisyyttä yli 13 miljardia valovuotta. Nyt havaittu säteily on siis lähtenyt matkaan, kun maailmankaikkeuden ikä oli vain viitisen prosenttia nykyisestä eli noin 670 miljoonaa vuotta.

Kymmenmetrisellä Keck I -teleskoopilla tehtyjen havaintojen mukaan EGS-zs8-1-nimellä tunnettu galaksi oli varhaisen maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja massiivisimpia kohteita.

Galaksista on tehty havaintoja aiemminkin Hubble- ja Spitzer-avaruusteleskoopeilla, mutta etäisyys saatiin määritettyä Havaijilla sijaitsevan Keck-observatorion uudella MOSFIRE-instrumentilla (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration). Sillä pystytään tekemään spektrimittauksia yhtä aikaa useista kohteista infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla.

Kolmen viikon kuluttua 25-vuotista taivaltaan Maan kiertoradalla juhliva Hubble-avaruusteleskooppi on kuvannut kvasaarien haamuja, vihreänsävyisiä kaasupilviä, joiden ei pitäisi olla ollenkaan näkyvissä.

Ensimmäisen "vihreän mörön" löysi hollantilainen opettaja Hanny van Arkel vuonna 2007. Hän osallistui netissä pyörivään Galaxy Zoo -projektiin, jossa kuka tahansa asiasta kiinnostunut pääsi luokittelemaan Sloan Digital Sky Survey -kartoituksessa kerättyä havaintoaineistoa yli miljoonasta galaksista.

Hanny’s Voorwerp eli suomeksi Hannyn kohde innosti Alabaman yliopiston tutkijan Bill Keelin värväämään 200 vapaaehtoista käymään läpi 15 000 galaksia, joissa on kvasaari. Etsinnän tavoitteena oli löytää samanlaisia kohteita kuin van Arkel.

Maailmankaikkeudesta alle viisi prosenttia on näkyvää ainetta eli galakseja, tähtiä, planeettoja ja kaasua. Noin neljännes on pimeää ainetta ja loput, yli 71 prosenttia, pimeää energiaa, joka saa universumin laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla.

Pimeän energian olemuksesta on vain kalpea aavistus eikä pimeää ainetta tunneta juuri sen paremmin. Hubble-avaruusteleskoopilla ja Chandra-röntgensatelliitilla on tehty vastikään havaintoja, jotka osoittavat pimeän aineen olevan vielä "pimeämpää" kuin aiemmin on arveltu.

Paitsi että pimeä aine ei heijasta, ime eikä lähetä säteilyä – eli nimeksi sopisi paremmin "näkymätön aine" – se ei juurikaan vuorovaikuta myöskään itsensä kanssa. Se pystytään havaitsemaan ainoastaan gravitaatiovaikutuksensa ansiosta.

NASA julkaisi juuri uusia kuvia Ceres-kääpiöplaneetasta. Dawn-luotain, joka tutki 2011–2012 Vesta-asteroidia, on nyt lähestymässä asteroidivyöhykkeen suurinta kappaletta. Kun hieman epäsäännöllisen Vestan keskimääräinen läpimitta on 525 kilometriä, pyöreä Ceres on halkaisijaltaan 950 kilometriä.

Dawn otti uudet kuvat Cereksestä viime viikon tiistaina, jolloin se oli enää 383 000 kilometrin etäisyydellä määränpäästään – siis yhtä kaukana (tai lähellä) kuin Kuu on Maasta. Kuvissa Ceres kattaa 27 pikseliä, joten sen pinnalta erottuu sävyerojen lisäksi myös joitakin yksityiskohtia. Yksittäisistä otoksista kootussa animaatiossa ne erottuvat paremmin. 

Nasan Astronomy Picture of the Day -sivustolla "Päivän tähtikuvana" on Orionin kaasusumu - mutta vähän toisin "silmin" kuin yleensä. Yllä oleva kuva on Hubble-avaruusteleskoopin klassinen otos tähtienvälisestä kaasu- ja pölypilvestä, jossa syntyy kaiken aikaa uusia tähtiä.

Orionin sumu eli Messier 42 on ammattiastronomien lisäksi sekä tähtinäytösten että harrastajien suosikkikohde, sillä se näkyy jo paljain silmin, ja pienelläkin kaukoputkella siitä erottuu kiehtovia yksityiskohtia.

M42 on kuitenkin vain pieni osa valtaisasta pilvikompleksista, joka kattaa koko Orionin tähdistön. Koska suurin osa pilvestä on vilpoisaa kaasua ja pölyä, sitä on paras tutkia infrapunasäteilyn aallonpituuksilla.

Tuntuu kenties nurinkuriselta, että avaruuden kylmät kohteet erottuvat parhaiten lämpösäteilyn "valossa". Niiden lähettämän säteilyn erottamiseksi havaintolaitteet onkin laukaistava Maata kiertävälle radalle ja instrumentit on jäähdytettävä yli 250 pakkasasteeseen.

Jos nyt jostain käsittämättömästä syystä jonkun mielestä Mars on "so last season" ja menneen talven lumia, kannattaa silti katsahtaa punaisen planeetan suuntaan. Vaikka oppositio oli ja meni 8. huhtikuuta, Maan ja Marsin välinen etäisyys on tällä kertaa pienimmillään vasta 14. huhtikuuta. Silloin naapuriplaneettojen välimatka on hieman yli 92 000 000 kilometriä.

Marsista hieman yläviistoon vasemmalle löytyy kaksi Aurinkokunnan pienkappaletta, Ceres ja Vesta, joista toinen on asteroidi ja toinen entinen asteroidi, nykyinen kääpiöplaneetta. Ne kannattaa katsastaa ainakin kuriositeettina. Ei niistä mitään yksityiskohtia erotu, sillä ne ovat taivaalla pelkkiä valopisteitä, mutta ne näkyvät näinä aikoina parhaimmillaan. Vesta voi erottua paljain silminkin, Cereksen löytäminen vaatii kiikarin.

Noin 530 kilometrin läpimittainen asteroidi Vesta ehättää oppositioon ensin. Se on taivaalla vastapäätä Aurinkoa 13. huhtikuuta, jolloin sen etäisyys Maasta on noin 180 miljoonaa kilometriä. 975-kilometrisen kääpiöplaneetta Cereksen oppositio on kaksi päivää myöhemmin ja sinne on matkaa 245 miljoonaa kilometriä. Kumpikin kiertää Aurinkoa asteroidivyöhykkeellä Marsin ja Jupiterin ratojen välissä.