Linnunradan galaksin pienin tunnettu pääjaksotähti on varsinainen keijukainen.
Sen nimi on EBLM J0555-57Ab, punainen kääpiö 600 valovuoden päässä. Sen keskisäde on noin 59 000 kilometriä, eli se on vain hiukan Saturnusta suurempi. Tämä tekee siitä pienimmän tunnetun tähden, jonka ytimessä tapahtuu vetyfuusio, prosessi, joka pitää tähdet palamassa, kunnes polttoaine loppuu.
Aurinkokunnassamme on kaksi tätä pikkuruista tähteä suurempaa kohdetta. Toinen on tietenkin Aurinko. Toinen on Jupiter, joka on kuin jättimäinen jäätelöpallo ja jonka keskisäde on 69 911 kilometriä.
Miksi Jupiter on planeetta eikä tähti?
Lyhyt vastaus on yksinkertainen: Jupiterilla ei ole tarpeeksi massaa vedyn sulattamiseksi heliumiksi. EBLM J0555-57Ab on noin 85 kertaa Jupiterin massa, eli suunnilleen niin kevyt kuin tähti voi olla – jos se olisi yhtään pienempi, se ei pystyisi myöskään sulattamaan vetyä. Mutta jos aurinkokuntamme olisi ollut erilainen, olisiko Jupiter voinut syttyä tähdeksi?
Jupiter ja Aurinko ovat samankaltaisempia kuin tiedätkään
Kaasujätti ei ehkä ole tähti, mutta Jupiter on silti iso juttu. Sen massa on 2,5 kertaa suurempi kuin kaikkien muiden planeettojen massa yhteensä. Kaasujättiläisenä sillä on vain todella pieni tiheys: noin 1,33 grammaa kuutiosenttimetriä kohti; Maan tiheys, 5,51 grammaa kuutiosenttimetriä kohti, on hieman yli neljä kertaa suurempi kuin Jupiterin tiheys.
Mutta on mielenkiintoista huomata Jupiterin ja Auringon yhtäläisyydet. Auringon tiheys on 1,41 grammaa kuutiosenttimetriä kohden. Ja nämä kaksi kohdetta ovat koostumukseltaan hyvin samankaltaisia. Auringon massasta noin 71 prosenttia on vetyä ja 27 prosenttia heliumia, loput koostuvat muiden alkuaineiden hivenmääristä. Jupiter on massaltaan noin 73 prosenttia vetyä ja 24 prosenttia heliumia.
Juuri tästä syystä Jupiteria kutsutaan joskus epäonnistuneeksi tähdeksi.
Mutta on silti epätodennäköistä, että Jupiterista tulisi edes lähellekään tähti, jos se jätettäisiin Aurinkokunnan omiin käsiin.
Tähdet ja planeetat nimittäin syntyvät kahden hyvin erilaisen mekanismin kautta. Tähdet syntyvät, kun tähtienvälisessä molekyylipilvessä oleva tiheä materiaalisolmu romahtaa oman painovoimansa alla – puf! flomph! – ja pyörii mennessään prosessissa, jota kutsutaan pilven luhistumiseksi. Kun se pyörii, se keräilee ympärillään olevasta pilvestä lisää ainetta tähtien akkrektiokiekoksi.
Massan – ja siten painovoiman – kasvaessa tähdenpoikasen ydin puristuu yhä tiukemmaksi, mikä saa sen kasvamaan yhä kuumemmaksi. Lopulta se tiivistyy ja kuumenee niin paljon, että ydin syttyy ja lämpöydinfuusio käynnistyy.
Tähdenmuodostusta koskevan ymmärryksemme mukaan, kun tähti on lopettanut aineksen akkretoinnin, jäljelle jää paljon akkrektiokiekkoa. Tästä koostuvat planeetat.
Tähtitieteilijät arvelevat, että Jupiterin kaltaisten kaasujättiläisten kohdalla tämä prosessi (jota kutsutaan kiviakkretioksi) alkaa pienistä jäisen kiven ja pölyn palasista kiekossa. Kun ne kiertävät pikkutähteä, nämä ainekappaleet alkavat törmätä toisiinsa ja tarttua toisiinsa staattisen sähkön avulla. Lopulta nämä kasvavat kokkareet saavuttavat tarpeeksi suuren koon – noin 10 maapallon massaa – jotta ne voivat vetää puoleensa painovoiman avulla yhä enemmän kaasua ympäröivästä kiekosta.
Tästä pisteestä Jupiter kasvoi vähitellen nykyiseen massaansa, joka on noin 318 kertaa suurempi kuin Maan massa ja 0,001 kertaa suurempi kuin Auringon massa. Kun se oli ahminut kaiken saatavillaan olevan aineksen – melko kaukana vetyfuusion vaatimasta massasta – se lakkasi kasvamasta.
Jupiter ei siis koskaan kasvanut lähellekään niin massiiviseksi, että siitä olisi voinut tulla tähti. Jupiterilla on samanlainen koostumus kuin Auringolla, ei siksi, että se olisi ollut ”epäonnistunut tähti”, vaan siksi, että se syntyi samasta molekyylikaasupilvestä, joka synnytti Auringon.
Todelliset epäonnistuneet tähdet
On olemassa erilainen luokka kohteita, joita voidaan pitää ’epäonnistuneina tähtenä’. Nämä ovat ruskeita kääpiöitä, ja ne täyttävät tuon kaasujättiläisten ja tähtien välisen aukon.
Alkaen yli 13 kertaa Jupiterin massasta, nämä kohteet ovat tarpeeksi massiivisia tukeakseen ytimen fuusiota – ei tavallisesta vedystä, vaan deuteriumista. Tämä tunnetaan myös nimellä ”raskas” vety; se on vedyn isotooppi, jonka ytimessä on protoni ja neutroni pelkän protonin sijaan. Sen fuusiolämpötila ja -paine ovat alhaisemmat kuin vedyn fuusiolämpötila ja -paine.
Koska deuteriumfuusio tapahtuu alhaisemmassa massassa, lämpötilassa ja paineessa, deuteriumfuusio on tähdille välivaihe matkalla vetyfuusioon niiden jatkaessa massan kertymistä. Jotkut kohteet eivät kuitenkaan koskaan saavuta tätä massaa; näitä kutsutaan ruskeiksi kääpiöiksi.
Joitakin aikoja sen jälkeen, kun niiden olemassaolo vahvistettiin vuonna 1995, ei tiedetty, olivatko ruskeat kääpiöt alikehittyneitä tähtiä vai liian kunnianhimoisia planeettoja.
Muutamat tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että ne muodostuvat aivan kuten tähdetkin, pikemminkin pilven luhistumisesta kuin ytimen kertymisestä. Ja jotkut ruskeat kääpiöt ovat jopa alle deuteriumin palamiseen tarvittavan massan, erottamattomia planeetoista.
Jupiter on aivan pilven luhistumisen massan alarajalla; pilven luhistumisen kohteen pienimmäksi massaksi on arvioitu noin yhden Jupiterin massa. Jos Jupiter olisi siis muodostunut pilvipuristumalla, sitä voitaisiin pitää epäonnistuneena tähtenä.
Nasa:n Juno-luotaimen tiedot viittaavat kuitenkin siihen, että Jupiterilla oli ainakin joskus aikoinaan kiinteä ydin – ja se sopii paremmin yhteen ytimen akkretionaalisen muodostumismenetelmän kanssa.
Mallinnus viittaa siihen, että ytimen akkretion kautta muodostuvan planeetan massan yläraja on alle 10 kertaa Jupiterin massa – vain muutaman Jupiterin massan verran alle deuteriumfuusion.
Jupiter ei siis ole epäonnistunut tähti. Mutta sen pohtiminen, miksi se ei ole sellainen, voi auttaa meitä ymmärtämään paremmin kosmoksen toimintaa. Lisäksi Jupiter on raidallinen, myrskyisä, pyörteinen voitaikinainen ihme omana itsenään. Ja ilman sitä me ihmiset emme ehkä olisi edes voineet olla olemassa.
Se on kuitenkin toinen tarina, joka kerrotaan toisen kerran.