Kuuma jupiter

Kuuma jupiter on Jupiteria muistuttava, mutta tavallisesti useita kertoja Jupiteria massiivisempi kaasupitoinen eksoplaneetta, jonka kiertorata on hyvin lähellä planeettakunnan keskustähteä. Kuumalla jupiterilla on suuri vetypitoinen vaippa, joka on ulompana kaasua, sisempänä nestemäinen. Kuumalla jupiterilla ei ole kiinteää pintaa, mutta sen keskustassa on hyvin tiheä kivi-rautaydin.

Planeettatyyppinä kuumat jupiterit ovat ilmeisesti melko harvinaisia: tiettävästi vähemmällä kuin yhdellä prosentilla auringonkaltaisista lähitähdistä on seuralaisenaan kuuma jupiter. Kuumia jupitereita on kuitenkin helpompi havaita kuin pienempiä planeettoja, ja sen aiheuttaman tilastollisen vääristymän takia kuumat jupiterit vaikuttavat yleisiltä.

Ensimmäinen kuuma jupiter havaittiin vuonna 1995. Kuumia jupitereita ovat esimerkiksi 47 Ursae Majoris b, Ypsilon Andromedae b, 51 Pegasi b ja Tau Bootis b.

Kiertoradan etäisyys keskustähdestä ja sen vaikutus 

Kuuma jupiter kiertää hyvin lähellä keskustähteään, 0,015–0,5 AU:n etäisyydellä siitä. Tyypillinen etäisyys on alle 0,15 AU:ta, mikä tarkoittaa vain muutaman vuorokauden mittaista kiertoaikaa. Pienen etäisyyden vuoksi kuumasta jupiterista haihtuu jatkuvasti kaasua avaruuteen, minkä seurauksena siitä saattaa aikanaan muodostua ktooninen planeetta. Haihtuva kaasu muistuttaa komeetan pyrstöä. Kuumien jupiterien radat ovat melko ympyrämäisiä, sillä tähden vuorovesivoimat pyöristävät lähellä kiertävien planeettojen radat nopeasti ympyröiksi.

Useiden kuumien jupiterien etäisyys emotähdestään on 0,02–0,07 AU, eli noin 1/50 Maan etäisyydestä Aurinkoon. Nämä planeetat ovat huomattavasti lähempänä tähteään kuin Merkuriuksen rata on Aurinkoa. Jos kuuman jupiterin etäisyys keskustähdestä on alle 0,06 AU, se vuorovesilukkiutuu eli kääntää aina saman puolen kohti keskustähteään. Alle 2,5 tähden säteen päässä eksoplaneetta hajoaa vetovoimien takia.

Jotkut kuumat jupiterit ovat hyvin kallellaan tähden pyörimisakseliin nähden toisin kuin Aurinkokuntamme planeetta, ja muutamat kuumat jupiterit liikkuvat taannehtivasti. Tämä on vaikeuttanut kuumien jupiterien alkuperän selvittämistä.

Tyypillisen kuuman jupiterin pilvien lämpötila on 1000–2000 K. Kuuma jupiter laajenee lämpötilan vaikutuksesta, ja siksi jotkin kuumat jupiterit ovat jättiläisplaneetoiksikin säteeltään suuria. Matalissa lämpötiloissa planeetat eivät voi olla säteeltään juurikaan Jupiteria suurempia. Esimerkiksi Jupiteriin verrattuna massaltaan 10-kertainen planeetta puristuu kokoon niin, ettei kasva säteeltään juurikaan Jupiteria isommaksi.

Kuuman jupiterin havaitseminen 

Kuuma jupiter ei näy lainkaan kaukoputkessa näkyvän valon alueella, koska tähden valo hukuttaa sen ja lisäksi tähden kuva leviää ja läikkyy maan pinnalta tehdyissä havainnoissa huomattavasti. Kuuma jupiter havaitaan tyypillisesti tähden spektriviivojen hienoisena huojumisena: ne siirtyvät tavallisilta kohdiltaan välillä punaiseen ja välillä siniseen päin Dopplerin ilmiön seurauksena. Ilmiön aiheuttaa tähden säteisnopeuden vaihtelu, kun tähti huojuu sitä kiertävän näkymättömän seuralaisen takia. Ennen tarkkojen echelle-spektrometrien aikaa kuumia jupitereita ei kyetty havaitsemaan.

Joitakin kuumia jupitereita on havaittu myös siten, että ne pimentävät aika ajoin osan keskustähdestä kulkiessaan tähden kiekon yli. Jupiterin luokkaa oleva planeetta himmentää keskustähtensä valoa ylikulussaan noin prosentin verran. Tämä himmeneminen on mahdollista havaita myös hyvätasoisella harrastelijalaitteistolla.

Joissain tapauksissa on havaittu suoraan kuuman jupiterin lähettämää infrapunasäteilyä. Tällöin keskustähti, jonka säteilymaksimi on näkyvän valon alueella, ei kykene peittämään planeetan infrapunasäteilyä, vaikka hukuttaakin sen lähettämän näkyvän valon. Näistä infrapunahavainnoista on päätelty muun muassa Osiris-planeetan haihduttavan kaasuaan pois kuin komeetan pyrstössä, ja erään toisen planeetan olevan päivän puolelta lämpimämpi kuin yön puolelta.

Kuuma jupiter on mahdoton havaita spektriluokkaa F7 varhaisemmalta tähdeltä, koska nämä tähdet ovat hyvin aktiivisia ja niiden spektriviivat toisenlaisia kuin Auringon.

Kuuma jupiter ja planeettakuntien synty 
Nykyisten planeettojen syntyteorioiden mukaan planeetat syntyvät tiivistymällä pölyä, jäätä, kiviä ja asteroidin kokoisia kappaleita sisältävistä esiplanetaarisista kiekoista, jotka kiertävät keskustähteään. Aurinkokunnan sisäosissa saattoi syntyä vain pieniä Maan tyyppisiä kiviplaneettoja. Tämän teorian mukaan kuuma jupiter ei voi syntyä lähellä keskustähteä, koska siellä tähden suuri kuumuus ja säteilypaine estää kaasuplaneetan synnyn.

Niinpä tutkijoiden mukaan kuuma jupiter syntyi esiplanetaarisen kiekon viileässä ulko-osassa suunnilleen Aurinkokunnan Jupiterin kohdalla jupiteria vastaavalla etäisyydellä 5 AU ja vaelsi kohti keskustähteään muun muassa planeettojen välisen painovoimavuorovaikutuksen, kaasukiekon kitkan ja kiekon osasten painovoiman takia. Se, ettei aurinkokunnassa tapahtunut vastaavaa migraatiota, johtui muun muassa aurinkokunnan synnyttäneen esiplanetaarisen kiekon erilaisista massasta, metallipitoisuudesta ja sitkaudesta. Aurinkokunnassa oli ulompana Jupiteria kevyempi Saturnus, joka pysäytti resonanssillaan
Jupiterin vaelluksen lähelle Aurinkoa. 

Monet kuumat jupiterit kiertävät keskustähteään sen pyörimisakselia vastaan hyvin kaltevilla tai taannehtivilla radoilla, mikä ei tue teoriaa kuuman jupiterin vaelluksesta kertymäkiekossa. Joistakin kuumista jupitereista puuttuu lisäksi teorian edellyttämä metaani.

Kuuman jupiterin vaikutus maankaltaisten planeettojen syntyyn 
Aiemmin epäiltiin, että planeetan vaellus kohti keskustähteään hajottaa planeetan kulkutieltä esiplanetaarisen kiekon ja estää näin Maan tyyppisten elinkelpoisten planeettojen synnyn. Nykykäsityksen mukaan kuuma jupiter ei kuitenkaan estä Maan tyyppisten kiviplaneettojen syntyä, koska vaeltaessaan lähelle keskustähteään kuuma jupiter sinkoaa liikkeellään ja vetovoimallaan planeettojen muodostumisainetta kiertoratansa ulkopuolelle, myös Maata vastaavalle etäisyydelle. Kuuma jupiter sekoittelee esiplanetaarisen kiekon aihetta vaeltaessaan kohti keskustähteään. Lisäksi 60 % kiekon alkuperäisestä materiaalista säilyy planeetan kulkiessa matkallaan kohti keskustähteään.

Kuuma jupiter estää kuitenkin Maan kaltaisen planeetan synnyn, jos se jää kyllin kauaksi keskustähdestään. Yli 0,5 AU:n päässä tähdestä oleva kuuma jupiter estää planeetan synnyn vetovoimallaan Maata vastaavalle etäisyydelle 1 AU.

Jos kuuma jupiter on yli 0,25 AU:n päässä keskustähdestään, tai jos lähempänä tähteään olevan jupiterin rata on soikea, se vähentää syntyvän Maan tyyppisen planeetan rautapitoisuutta. Niinpä elinkelpoisia planeettoja on varmimmin niillä tähdillä, joita kuuma jupiter kiertää ympyrämäisellä radalla alle 0,25 AU:n päässä. Maata vastaavan planeetan kiertoradan sisäpuolelle voi kuuman jupiterin planeettakunnassa syntyä asteroidivyöhykkeitä

Jos Jupiteria vastaava planeetta on lähellä tähteään, Auringon asteroidivyöhykettä vastaavalle etäisyydelle saattaisi syntyä suuri planeetta, jossa on alkuaineiden radioaktiivisen hajoamisen aiheuttaman lämmön takia vettä.

Suuret planeetat lähellä keskustähteään saattavat häiritä Maata vastaavalla etäisyydellä olevien planettojen ratoja ja singota ne pois elokelpoiselta vyöhykkeeltä.

Kuuman jupiterin väitetään muuttavan keskustähtensä magneettista aktiivisuutta eli auringonpilkkuja.

Kuumien jupitereiden ulkopuolella kiertävien "maapallojen" on epäilty olevan kuivia. Eräiden teorioiden mukaan Maa sai vetensä aurinkokunnan syntyvaiheessa planeettaamme törmänneistä komeetoista. Komeetat suisti törmäämään Maahan Jupiter, joka suurella vetovoimallaan vieläkin häiritsee monen komeetan rataa. Osa tutkijoista uskoo tämän merkitsevän sitä, että Jupiterin kaltaisen jättiläisen tulee olla Jupiterin etäisyydellä Auringosta, jotta Maan kaltainen planeetta saa komeetoista tarvitsemansa veden.

Joidenkin tutkimusten mukaan tähdillä, joita kiertää kuuma jupiter, on monesti kuuman jupiterin kiertoradan sisäpuolella suuria "kuumia maapalloja" ja ulkopuolella vetisiä, elämälle sopivia planeettoja. Kuuman jupiterin "maapallot" saattavat olla "vesimaailmoja", joilla on koko planeetan peittävä suuri valtameri ja joiden rautapitoisuus on pieni. Rautapitoisuudella saattaa olla vaikutusta planeetan magneettikenttään ja ilmakehään.

Muunlaisia eksoplaneettoja 
Kuuma neptunus on kuumaa jupiteria pienempi planeetta, jollainen on kuumaa jupiteria vaikeampi havaita. Sen massa on noin 10–100 Maan massaa. Kylmä jupiter on eksoplanetta, joka muistuttaa Jupiteria ja on massaltaan noin 0,3–13 kertaa jupiterin massaa. Eksentrinen jupiter on Jupiterin kokoluokkaa oleva planeetta, joka kiertää keskustähteään hyvin soikealla radalla. Vain harva kuuma jupiter on samalla eksentrinen jupiter.

Katso myös 
Migraatioteoria
Esiplanetaarinen kiekko
Eksentrinen Jupiter

Lähteet

Aiheesta muualla  

 
 
 
 
 

Planeettatyypit