Universumin vanhimmat maailmat

6.4.2021 klo 10.00, kirjoittaja
Kategoriat: Eksoplaneetat , Synty ja kehitys

Maailmankaikkeus on noin 13.8 miljardia vuotta vanha. Se ei ole ollut olemassa aina, vaan sillä on ollut alku, jota kutsumme leikkisästi ”alkuräjähdykseksi” tietäen hyvin, että mikään ei todellisuudessa räjähtänyt. Koko universumillamme, materialla, ajalla ja jopa itse avaruudella on siis ollut alku — ajanhetki, jota ennen mitään niistä ei ollut olemassa. Siksi on varmaa, että tähtiäkään ei ole ollut aina. Ensimmäiset tähdet muodostuivat, kun maailmankaikkeus oli laajennut ja jäähtynyt riittävästi, noin 0.1-0.3 miljardia vuotta alun jälkeen, mutta tuolloin oli olemassa alkuaineista vain vetyä ja heliumia, sekä ripaus litiumia ja ensimmäisten tähtien ympärille ei luultavasti syntynyt kovinkaan paljon planeettoja.

Kaikki muuttui, kun ensimmäiset massiiviset tähdet räjähtelivät supernovina vapauttaen raskaampia alkuaineita tähtienväliseen avaruuteen. Silloin planeettojen synty tähtien synnyn sivutuotteena käynnistyi ja miljardien maailmojen synty kävi mahdolliseksi. Räjähtäneiden tähtien pölystä syntyivät myöhemmin planeettojen lisäksi kaikki ne tutut asiat, jota maailmoista ainoan elinkelpoiseksi tiedetyn pinnalta tunnemme, kuten vaahterat, peruskalliot, meret ja ihmiset.

Mutta oma planeettamme Maa on vain 4.5 miljardia vuotta vanha. Sitä ennen tähdet planeettakuntineen ovat syntyneet ja kuolleet jo miljardien vuosien ajan ja osa varhaisen maailmankaikkeuden synnyttämistä planeetoista on edelleenkin havaittavissa, aivan Aurinkokunnan lähiavaruudessa.

Helsingin Sanomat kirjoitti tuoreesta eksoplaneettalöydöstä nimeltään TOI-561 b. Se on 561. TESS-avaruusteleskoopin löytämä eksoplaneettakandidaatti, ja sitä kuvattiin ”yhdeksi vanhimmista löydetyistä kiviplaneetoista.” On helppoa olla samaa mieltä siitä, että 10 miljardia vuotta vanha eksoplaneetta tosiaankin saattaa olla yksi maailmankaikkeuden vanhimmista, onhan se syntynyt hulppeat 5.5 miljardia vuotta ennen Maata, maailmankaikkeuden ollessa vain noin neljänneksen nykyisestä iästään. Mutta miten oikeastaan tiedämme kaukaisen kiviplaneetan iän?


Tähdet ja niitä kiertävät planeetat syntyvät suunnilleen samoihin aikoihin massiivisten tähtienvälisen aineen pilvien romahtaessa oman gravitaationsa vaikutuksesta prototähdiksi ja niitä ympäröiviksi kertymäkiekoiksi, joita kansoittamaan muodostuvat protoplaneetoiksi kutsutut kappaleet. Planeettojen ja tähtien yhteinen synty takaa myös sen, että ne ovat aina likimain samanikäisiä. Planeettojen verrattaen tarkkaan iänmääritykseen riittää siis tähden iän määrittäminen, mikä voidaankin tehdä käyttämällä hyväksi tähtien asettamista fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella oikeaan kohtaan niiden elinkaarta. Tähdet nimittäin muuttuvat — Aurinkokin kirkastuu hiljalleen ja säteilee lopulta niin voimakkaasti, että noin miljardin vuoden kuluttua Maan meret ja kaasukehä kiehuvat avaruuteen ja tekevät planeetastamme elinkelvottoman autiomaan. Aurinko kuitenkin kirkastuu aivan samoin kuin muutkin yhtä massiiviset keltaiset kääpiötähdet. Asettamalla tähtiä niiden massan ja kirkkauden mukaisesti järjestykseen, voidaan tähtien elinkaarta mallintamalla arvioida kuinka kauan tähdet ovat loistaneet (massan arviointi on sekin varsin kompleksinen prosessi). Sivutuotteena saadaan planeettakuntien ikä.

Kuva 1. Taiteilijan näkemys TOI-561 planeettakunnasta. Kuva: W. M. Keck Observatory/A. Makarenko.

Tällä tekniikalla arvioitiin myös TOI-561:n ikää ja saatiin tulokseksi, että se on noin 10 miljardia vuotta vanha. Hitaasti muuttuvien vanhojen tähtien iän määrittäminen on kuitenkin hyvin epätarkkaa, joten ikäarvion epävarmuus on noin 3 miljardia vuotta kumpaan tahansa suuntaan. Se taas tarkoittaa, että tähti voi olla syntynyt aivan universumimme alkuaikoina tai vain noin 2.5 miljardia vuotta Aurinkoa ennen — mikä tahansa ikä tältä väliltä on arvion epävarmuuksien rajoissa. Tunnemme kuitenkin tätäkin vanhempia planeettakuntia ja niistä yksi sijaitsee aivan Auringon galaktisessa lähinaapurustossa.


Tutkimusryhmäni raportoi vuonna 2014 mielenkiintoisesta planeettakunnasta, kahden supermaapallon muodostamasta järjestelmästä läheisen punaisen kääpiötähden, Kapteynin tähden ympärillä (2). Kyseessä on ikivanha tähti. Kapteynin tähden iäksi on arvioitu noin 11.5 miljardia vuotta — arvion alaraja on 10 ja yläraja noin 12, joten tähti on todennäköisesti vieläkin vanhempi kuin TOI-561. Tiedämme siksi, että jo noin 2.3 miljardia vuotta vanhassa maailmankaikkeudessa muodostui kivisiä planeettoja kiertämään varhaisen maailmankaikkeuden tähtikaartia. Iänmääritys on kuitenkin ongelmallinen. Vaikka Kapteynin tähti on kiistatta vanha — se on itse asiassa syntynyt Linnunradan pienessä seuralaisgalaksissa, joka vuosimiljardien saatossa sulautui omaan galaksiimme — iänmäärityksessä on epävarmuuksia, koska vakaasti loistavat punaiset kääpiöt tarjoavat määritykseen vain vähän havaittavissa olevaa informaatiota. Yksi tapa arvioida ikää onkin se tosiasia, että Kapteynin tähti on osa Omega Centauriksi kutsuttua vanhojen tähtien joukkoa — jäljellä olevaa hajanaista kokoelmaa tähtiä, joka kiertää Linnurataa tyypillisestä poikkeavilla radoilla ja jonka tähdet ovat syntyneet suunnilleen samoihin aikoihin, suunnilleen 11.5 miljardia vuotta sitten.

Mutta edes Kapteynin tähden järjestelmä ei ole vanhin paikka, josta planeettoja on havaittu. Tunnetaan vieläkin muinaisempi planeetta, omituinen PSR B1620−26 b, joka kiertää kahden kuolleen tähden, pulsarin ja valkoisen kääpiötähden muodostamaa paria. Planeetta on vajaat kolme kertaa Jupiteria massiivisempi mutta sen arvioitu ikä on peräti 12.7 miljardia vuotta. Ikä tunnetaan, koska PSR B1620−26 on osa pallomaista tähtijoukkoa yli 12 000 valovuoden päässä Aurinkokunnasta. Joillekin joukon tähdistä iänmääritys on onnistunut ja sen perusteella, että joukoissa kaikki tähdet ovat tyypillisesti hyvin saman ikäisiä, on voitu päätellä myös tämän omituisen, kahdesta kuolleesta tähdestä ja jättiläisplaneetasta koostuvan kolmikon ikä.

Kapteynin tähden planeetat ovat kuitenkin vanhimpia tunnettuja kandidaatteja eläviksi planeetoiksi. Planeetan Kapteyn b pinta on luultavasti paksun jääkuoren peitossa lämpötilan ollessa kymmeniä celciusasteita pakkasen puolella. Jääkuoren alla, vuorovesivoimien lämmittämässä valtameressä elämä voi kuitenkin kukoistaa ja on voinut tehdä niin jo yli kaksi kertaa yhtä kauan kuin elämää on esiintynyt oman kotiplaneetamme pinnalla. Muinaisilla planeetoilla myös elämä voi olla ikivanhaa perua. Kukapa tietää minkälaisia elämänmuotoja maailmankaikkeudessamme on ehtinyt kehittyä jo niiden vuosimiljardien kuluessa, kun omaa aurinkoamme ja planeettakuntaamme ei ollut vielä edes olemassa.

4 kommenttia “Universumin vanhimmat maailmat”

  1. Seniorikosmologi sanoo:

    Sitaatti: ”Jääkuoren alla, vuorovesivoimien lämmittämässä valtameressä elämä voi kuitenkin kukoistaa ja on voinut tehdä niin jo yli kaksi kertaa yhtä kauan kuin elämää on esiintynyt oman kotiplaneetamme pinnalla”.

    Jotta elämä voi kukoistaa, sen täytyy saada jostain energiaa. Maapallon eläimet saavat energiansa syömällä kasveja tai toisiaan, kasvit yhteyttämällä. Yhteyttäminen edellyttää (auringon) valoa. Mistähän Kapteyn b:n jääkuoren alla, pimeässä, esiintyvä elämä saa energiansa kukoistaakseen? Ei siihen pelkkä veden lämpö taida riittää.

    1. Mikko Tuomi sanoo:

      Elävät organismit tarvitsevat tosiaan energiaa ja rakennusaineita voidakseen pysytellä hengissä. Planetaarisen jääkuoren alla energiaa tuottaa vaikkapa planeetan lämpö, joka on jäänyt jäljelle muodostumisen ajoilta ja jota syntyy lisää radioaktiivisen hajoamisen seurauksena ja vuorovesivoimien aiheuttaessa kitkaa planeetan kiviaineksessa. Tämä geoterminen energia voi vapautua merenpojan kuumissa lähteissä ja mikrobit voivat käyttää hyväkseen kuumaan meriveteen liuenneiden mineraalien energiaa ja materiaaleja.

      Itse asiassa, Maapallollakin on vastaavia ekosysteemejä merten pohjissa. Niitä kutsutaan mustiksi savuttajiksi, ja ne ovat syvässä meresä tuliperäisillä alueilla sijaitsevia elämän keitaita, joissa kaikki energia ja aines tulee maankuoresta, ei Auringosta. On arveltu, että jopa elämän synty on tapahtunut näissä merenpohjan energiavirroissa. Vastaavia paikkoja voi jo Aurinkokunnassa olla useita esimerkiksi jättiläisplaneettojen suurten kuiden Europan, Ganymeden ja Enceladuksen jäisten pintojen alla. Lisäksi Maapallolla on runsain mitoin elämää hautautunena peruskallioon, jossa se ei välitä tuon taivaallista Auringon säteilystä, eikä tarvitse maanpinnan valoa ja materiaa elääkseen. Ei ole mitään syytä olettaa, että muualla olisi toisin.

  2. Seniorikosmologi sanoo:

    Kommenttini oli suunnattu sanontaan ”…elämä voi kuitenkin kukoistaa…”. Vastauksessasi kuvaat tunnettuja ääriolosuhteita, joista minkään kohdalla ei voi sanoa, että niissä esiintyisi kukoistavaa elämää. En siis usko, että ulkoavaruudessa sijaitsevalla planeetalla tai kuulla olisi kukoistavaa elämää, ellei sen pinnalla vallitse kuta kuinkin maapallolle tunnusomaisia olosuhteita.

    Omasta mielestäni kukoistus tarkoittaa monimuotoista ja pitkälle kehittynyttä flooraa ja faunaa, parhaimmillaan älykästä elämää. Sitä en usko löytyvän valottomissa olosuhteissa jääkuoren alla, peruskalliosta enkä mustien savuttajien lähistöltä.

  3. Lasse Reunanen sanoo:

    Oikeastaan emme tiedä hyvin ns. alkuräjähdyksestä ja mitä alkujaan ollut.
    Asian on vähän samoin kuin uskomusten kanssa, että emme alusta mitään tiedä.
    Vain päätelmiä alkujaan tehtynä ja alkuräjähdyksen jälkeistäkin selitetty
    ns. inflaation kautta, joka nopeaa laajenemista mahdollistaen siitä
    aineellisen maailmankaikkeutemme kehityksen.
    Tiedämme siis ajasta tarkentuen paremmin nykyisyyteen tultaessa.
    Alusta helppo ns. lopullisia totuuksia esittää kun siihen asti emme ketään
    vielä kykene todisteita aukottomasti esittämään.
    Eksoplaneetatkin todettuna vasta muutamien vuosikymmenten ajalta.
    Nopeasti kuitenkin uuden tiedon kertymä nyttemmin etenee… .

Vastaa käyttäjälle Mikko Tuomi Peruuta vastaus

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *