perjantai 15. kesäkuuta 2018

Suomalaisten johtama tutkimus johti merkittävään havaintoon


Relativistinen suihku mustasta aukosta.
Kuva (Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)
Tuorlan observatoriossa työskentelevän tähtitieteilijän Seppo Mattilan[2] johtama kansainvälinen [1] mustan aukon läheisyydessä riipiytyvän tähden synnyttämästä ainesuihkusta
tutkimusryhmä on tehnyt merkittävän havainnon

Kaksi galaksia, jotka tunnetaan luettelotunnuksella ARP 299, törmäävät toisiinsa noin 150 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Törmäyksen vaikutuksesta galaksin ytimessä olevan supermassiivisen mustan aukon vaikutuspiiriin joutuneet tähdet riipiytyvät hajalle ja materia päätyy kertymäkiekkoon mustan aukon ympärille.

Varsinainen havainto käsittää noin kahden auringonmassaisen tähden hajoamista 20 miljoonan auringonmassaisen musta aukon läheisyydessä. Lähestyessään mustaa aukkoa tähteen syntyy vuorovesihäirötapahtumaksi (tidal disruption event, TDE) kutsuttu ilmiö. Itse ilmiötä on havaittu harvoin ja koskaan aikaisemmin havainnot eivät ole olleet näin tarkkoja.

"Emme ole koskaan ennen kyenneet suoraan havaitsemaan suihkun muodostumista ja kehitystä yhdestä näistä tapahtumista", kertoi astronomi Miguel Perez-Torres Andalusian Astrofysiikan instituutista Granadassa Espanjassa.

Vuorovesivoimat riipivät lähestyneen tähden kokonaan ja aine joutuu mustaa aukkoa kiertävään kertymäkiekkoon. Kiekossa tiheys ja lämpötila ovat hyvin korkeat ja kertymäkiekko säteileekin hyvin voimakkaasti lähes kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla. Kertymäkiekosta aine siirtyy hiljalleen mustan aukon tapahtumahorisontin yli itse mustaan aukkoon.

Kaikki kertymäkiekkoon päätynyt aine ei kuitenkaan päädy mustaan aukkoon, vaan voimakkaan magneettikentän vaikutuksesta osa aineesta siirtyy musta aukon pyörimisakselin navoille ja syöksyy avaruuteen lähes valonnopeudella.

Ensimmäiset havainnot tehtiin vuonna 2005 jolloin havaittiin Arp 299-B AT1 nimettyä tapahtumaa Kanariansaarten La Palmalla sijaitsevalla William Herschel -infrapunateleskoopilla. Havainto tehtiin 30. tammikuuta (2005). Seuraava havainto tehtiin 17. heinäkuuta Kansallisen tiedesäätiön (NSF) Very Long Baseline Array eli VLBA-radioteleskoopilla.

Ajan kuluessa kohde pysytteli kirkkaana niin infrapuna- kuin radiotaajuuksilla, mutta ei ollut havaittavissa näkyvän valon tai röntgensäteilyn aallonpituuksilla” kertoo Seppo Mattila. Hänen mukaansa ”Todennäköinen selitys on se, että tähtienvälinen paksu kaasu- ja pölypilvet lähellä galaksin keskustaa absorboivat säteilyn näillä aallonpituuksilla ja säteilevät sen edelleen infrapunaisella aallonpituusalueella”.

Kymmenen tutkimusvuoden jälkeen tutkijat olivat kyenneet seuraamaan suihkun kehitystä niin infrapunaisensäteilyn kuin radioaaltojen aallonpituuksilla ja he havaitsivat suihkun etenevän suurella nopeudella (yhdessä suunnassa) kuten oli odotettavissakin kun kyseessä on relativistinen suihku.

Tutkijat ovat jo pitkään arvioineet, että TDE-ilmiöt ovat paljon yleisempiä kuin mitä olemme pystyneet havaitsemaan. Suurin osa galakseista pitää keskellään supermassiivista mustaa aukkoa mutta ne kätkeytyvät pöly- ja kaasupilvien taakse ja ovat ”näkymättömiä” kuten Arp299 ja oman Linnunratamme keskustassa oleva Sagitarius A*. Seppo Mattilana mukaan havainto on vain jäävuoren huippu toistaiseksi meille piilossa olevan TDE-ilmiöiden joukosta. Tulevat havainnot tulevat lisäämään tietämystämme ilmiöstä merkittävästi.

Huomautukset

[1] Tutkimus “A dust-enshrouded tidal disruption event with a resolved radio jet in a galaxy merger” julkaistiin Science tiedejulkaisussa 14.6. 2018 (eaao4669 DOI: 10.1126/science.aao4669).

[2] Seppo Mattilan lisäksi mukana tutkimuksessa on ollut useita suomalaisia tutkijoita. Kaikkiaan artikkelin kirjoittajiksi on merkitty 36 tutkijaa 26 eri tutkimuslaitoksesta tai yliopistosta.

Kuva (Mattila, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)

keskiviikko 13. kesäkuuta 2018

Marsin pölymyrsky huolestuttaa NASAa

Marsin pölymyrsky vuodelta 2001. Kuva NASA.

Marsissa riehuu pölymyrsky. Sellaista ei ole kovin usein nähty, ehkä kerran vuosikymmenessä jos
silloinkaan. Pölymyrskyt yleensä esiintyvät silloin kun Marsin eteläisellä pallonpuoliskolla on kesä. Näin on juuri nyt ja kaiken lisäksi planeetta lähestyy myös periheliään, jolloin Auringon lämpösäteily luo oivalliset olosuhteet koko planeetan kattavalle pölymyrskylle. Edellisen kerran koko planeetan kattava pölymyrsky oli vuonna 2001.

Myrsky on kehittynyt hyvin nopeasti. Viikko sitten myrskyn pinta-ala oli 18 miljoonaa neliökilometriä ja nyt jo 41 miljonaa nelikilometriä. Koko Marsin pinta-ala on 145 miljoona neliökilometriä, joten varsin tuntuvasta pölymyrskystä on kysymys. Kaiken lisäksi Auringon lämmittävä vaikutus lisääntyy vielä kuukauden päivät, sillä planeetta on perihelissä 31. heinäkuuta . Näin ollen pölymyrkyllä on hyvät mahdollisuudet laajeta koko planeetan kattavaksi.

Nasan huoli liittyy Opportunity-kulkijaan. Se saa energiansa aurinkokennoilla se sijaitsee nyt keskellä pölymyrskyä. Luotain on ollut säästötilassa kesäkuun 6 päivästä alkaen. Pölymyrsky estää auringonvalon pääsyn aurinkokennoille ja näin ollen luotaimen tärkeimpiä toimintoja pidetään yllä vain akkujen varassa. NASA toivoo, että luotain selviää pölymyrskyssä, sillä sen toiminta on ollut hyvin tuloksellista ja tutkimukselle tärkeään.

NASAn toisen luotaimen, Curiosityn, tilanne on parempi. Ensinnäkin se saa energiansa lämpöydinparistosta ja se on toisella puolella planeettaa ja ei aivankaan vielä ole joutunut pölymyrskyyn. Lämpöydinpariston turvin luotain selviää todennäköisesti erinomaisesti jos pölymyrsky laajenee luotaimen sijaintipaikkalle.



keskiviikko 2. toukokuuta 2018

Aurinko käy yhä oudommaksi

Tänävuonna Auringossa on ollut hyvin vähän pilkkuja.
Kuva NASA/SDO.

Auringon edellisestä aktiivisuusminimistä ei ole kulunut vielä kymmentä vuotta mutta siitä huolimatta tähtemme näyttää siirtyneen aktiivisuusminimiin. Tänä vuonna täysin pilkuttomia vuorokausia on ollut jo 60 % ja luku näyttää kasvavan hyvää vauhtia. Edellisen kerran näin vähäistä toimintaa Auringossa oli vuonna 2009, jolloin saavutettiin pilkuttomien vuorokausien määrässä 71 %. Ja se oli silloin vuosi aktiivisuus minimin jälkeen.

NOAAn Avaruussään ennustekeskus SPWC kertoo Auringon aktiivisuuden hiipuneen ennätysnopeasti – paljon nopeammin kuin mitä ennusteet ovat odottaneet. Ennusteen mukaan tasoitettu auringonpilkkuluku olisi huhti-toukokuussa noin 15. Todellisuudessa tasoitettu auringonpilkkuluku on ollut paljon alempi. Ennusteet laatii NOAA's Solar Cycle Prediction Panel, johon kuuluvat NOAA, NASA, US Air Force, sekä yliopistoja ja muita organisaatioita, joiden tehtäväkenttään Auringon aktiivisuus kuuluu.



Auringon aktiivisuudesta tehdään 54 erilaista ennustetta aina historiallisen data ekstrapoloinnista alkaen ja päätyen huippukehittyneisiin tietokonemalleihin Auringon magneettisesta dynamon toiminnasta. Valitettavasti yksikään näistä malleista ei täysin selitä sitä, mitä Auringossa tapahtuu!

Auringonpilkkujakso 24 näyttää saavuttaneen minimin
huomattavan aikaisin. Kuva 
WDC-SILSO,
Royal Observatory of Belgium, Bryssels.

Auringon aktiivisuuden vaihtelu on osa Auringon normaalia toimintaa. Jaksollisuuden havaitsi tähtitiedettä harrastanut Samuel Heinrich Schwabe vuonna 1843. Schwaben tarkoituksena oli löytää Merkuriuksen radan sisäpuolella olettu palneetta, jota kutsuttiin Vulkanukseksi. Tässä hän ei onnistunut (kuten ei kukaan muukaan) mutta siinä sivussa hän havaitsi auringonpilkkujen jaksollisuuden, jonka hän määritti noin 10 vuodeksi.

Auringon pilkkujen määrää on seurattu tarkasti 1700-luvun alusta alkaen ja muilla menetelmillään voidaan määrittää auringonpilkkujen ja Auringon aktiivisuutta pitkälle menneisyyteen.

Tutkijat odottavat mielenkiinnolla mitä tapahtuu kun nykyinen jakso 24 päättyy. Muistissa on vuonna 2009–2009 saavutettu minimi, joka oli epätavallisen syvä. Auringonpilkkujen määrä oli epätavallisen vähäinen, aurinkotuuli oli heikkoa ja Auringon kokonaissäteilyssä (irradianssi) koettiin syvä minimi ja erityisesti uv-säteilyn määrä oli noin 20 % vähäisempi kuin edellisen minimin aikana vuonna 1996.

Auringon viimein toivuttua syvästä minimistä, ”kohmelo” oli melkoinen. Maksimikausi 2012–2015 jäi aikaisemmista aktiivisuuksista merkittävästi, huippuaktiivisuus jäi alle puoleen 1900-luvun vuosista. Näyttäisi siltä, että Aurinko on siirtymässä hyvin matalan aktiivisuuden kauteen, joka kestäisi mahdollisesti hyvin pitkään.

Aurinko näyttää myös himmentyneen aktiivisuusminimin lähestyessä. Himmentymistä on mitattu SOHO-observatorion VIRGO laitteistolla vuodesta 1996 alkaen ja sitä ennen useilla (mm. Solar Radiation and Climate Experiment, SORCE) satelliiteilla vuodesta 1978 lähtien. 

Uusin mittalaitteisto vietiin Kansainväliselle avaruusasemalla viime joulukuussa. Laitteisto on Total and Spectral solar Irradiance Sensor  ja tunnetaan lyhenteellä TSIS-1.Se kartoittaa Auringon kokonaissäteilyn määrää. Laitteistossa on toinenkin instrumentti. Se tunnetaan nimellä Spectral Irradiance Monitor ja sen tehtävänä on kartoittaa säteilyn energiat aallonpituuksittain uv-, näkyvän ja ir-aallonpituusalueilla. Kovin suurta verrattuna edellisiin minimeihin mutta kuitenkin selvästi havaittavissa. Auringon irradianssia (TSI) on mitattu avaruudesta

Auringon irradianssi (TSI) ja auringonpilkkujaksoilla
on kiinteä yhteys: minimin aikana Auringon säteilemä
energia on hieman vähäisempää kuin maksimin
aikana. Kuva SDO.
Mittaustulokset osoittavat, että Aurinko on himmentynyt viimeisten 35 vuoden aikana. Himmeneminen on ollut vähäistä mutta selvästi havaittavissa. Auringonpilkkujaksojen aikana keskimääräinen irradianssin vaihtelu on 0.09 %. Huipusta minimiin vaihtelu on ollut laajempaa, sillä se on noin 0,3 %. Sekään ei tunnu paljolta, mutta suurimmat prosenttiluvut tulevatkin uv-säteilyn aallonpituuksilla ja sillä on puolestaan huomattava merkitys maapallon ionosfäärin tilaan ja otsonin määrään. Se on myös enemmän kuin mikään planeettamme mikään yksittäinen luonnollinen lämmönlähde (esimerkiksi radioaktiiviset aineet Maan ytimessä) tuottavat.

Auringon aktiivisuuden väheneminen aiheuttaa muitakin muutoksia kuin irradiansin heikkenemistä. Uv-säteilyn määrän väheneminen johtaa yläilmakehän jäähtymiseen, jolloin se supistuu. Tämä merkitsee sitä, että satelliitteihin kohdistuva kitka vähenee mutta niin tapahtuu myös avaruusromulle. Tästä puolestaan seuraa, että romu pysyy avaruudessa pitempään kuin Auringon aktiivisuuden aikoina.

Merkittävin ja ehkä näkyvin muutos on se, mitä tapahtuu kosmiselle hiukkassäteilylle. Aktiivisina kausina Auringon magneettikenttä yhdessä voimakkaamman aurinkotuulen kanssa aiheuttaa kosmiselle säteilylle merkittävän jarruttavan tekijän ja tänne aurinkokuntamme sisäosiin kosmista säteilyä ei pääse läheskään niin paljo kuin minimien aikana. Minimien aikana maapallon ilmakehään osuu merkittävästi enemmän kosmista säteilyä kuin muulloin, viimeaikaiset mittaukset (SpaceWeather.com ja Earth to Sky Calculus) kertovat noin 13 % kasvua vuodesta 2015 lähtien. Kosminen säteily lisää maapallon pilvien muodostumista ja näin sillä on oma vaikutuksensa säätilaan ja jossain määrin myös ilmastoon.

Kosmisen säteilyn aiheuttama säteilymäärä on
kasvanut noin 13 % vuodesta 2015 alkaen.
Kuva SpaceWeather.com ja 
Earth to Sky Calculus
Onneksi kosminen säteily ei pääse suoraan maapinnalle asti. Säteilyn hiukkasten törmätessä maapallon ilmakehän yläosiin, se aiheuttaa sekundääristen hiukkasten vyöryn, jotka pääsevät maanpinnalle asti.

Sekundääristen hiukkasten energia on kuitenkin sen verran pieni, että merkittävää säteilykuormitusta maapinnalla ei synny. Sen sijaan lentokoneiden miehistöt ovat alttiina tälle säteilylle.

Säteilyn voimakkuus on 10 – 11 km (35 000 jalan) korkeudella noin 40-kertainen maapinnan tilanteeseen verrattuna. Toki, matkustajatkin saavat oman osansa säteilystä mutta miehistöön se kohdistuu säännöllisesti jokaisella lennolla. Yhdellä lennolla elimistöön imeytyy säteilyä suunnilleen saman verran kuin mitä hammaslääkärissä otetuissa röntgenkuvissa saadaan. Kansainvälisesti lentävän henkilöstö onkin luokiteltu työssään säteilylle altistuviksi. Luokituksen on tehnyt International Commission on Radiological Protection, ICRP.

Aikaisempia artikkeleita aiheesta


maanantai 16. huhtikuuta 2018

NASA laukaisee uuden planeettaetsijän avaruuteen


Taiteilijan näkemys TESS-observatoriosta avaruudessa.
Kuva NASA.
NASAn uusin eksoplaneettoja etsivä avaruusobservatorio Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) laukaistaan sääolojen sen mahdollistaessa avaruuteen.

Laukaisuun päästiin viimein 19.4.2018 kello 01.51 Suomen aikaa Cape Canaveralissa olevalta Ilmavoimien laukaisukeskuksesta Floridasta. Kantorakettina oli Spase X yhtiön Falcon 9 ja laukaisualusta oli numero 40.

Laukaisuikkuna oli vain 30 sekunnin mittainen, joten huono sää esti suunnitellun laukaisun aikaisemmin. Alun perin laukaisu olisi pitänyt tapahtua 16.4. mutta sitä siirrettiin kolmella vuorokaudella myrskyisän sää vuoksi.

Laukaisun jälkeen TESSin rataa muutetaan siten, että sen etäisin kohta Maasta kasvaa joka kierrokselta. Lopulta observatorio lentää Kuun ohi ja silloin sen rata muuttuu noin 30 asteen kulmaan maapallon ekvaattoritasosta. Yhteen kierokseen maapallon ympäri TESSiltä kuluu 13,7 vuorokautta. Rata on erikoinen, sillä sitä ei ole koskaan aikaisemmin käytetty Maata kiertävälle satelliitille! 

Rata on laaja mutta erikoisuus on siinä, että TESSin kiertoaika on 2:1 Kuun kiertoajan kanssa. Kiertoradan valinnalla varmistetaan maksimaallinen havaintoaika ja lisäksi observatorio on edelleen maapallon magneettikentän suojaavan vaikutuksen alueella, jolloin kosmisen säteilyn vaurioittava vaikutus vähenee merkittävästi.

TESSin neljä kameraa yhdessä kartoittavat 96×24 asteen
kenttää kerrallaan 27 vuorokauden ajan.
Kuva NASA.
TESSin tarkoitus on kartoittaa koko tähtitaivas seuraavien kahden vuoden aikana. Se käyttää samaa menetelmää kuin mitä Kepler-observatoriossa käytettiin, eli se mittaa tähtien kirkkautta. Jos kirkkaudessa havaitaan muutoksia, niin niiden aiheuttaja voi olla aikaisemmin tuntematon eksoplaneetta. Kirkkauden lisäksi TESS määrittää lähitähtien planeettojen ilmakehien spektrejä. Erityisesti tutkijat etsivät spektreistä niitä planeettoja, joiden ilmakehästä on vesihöyryä, happea ja metaania, siis kaasuja, jotka liitetään maapalolla esiintyvään elämään.

Jos sopivalla etäisyydellä tähdistään olevia eksoplaneettoja löytyy ja niiltä havaitaan ilmakehä, niin jatkotutkimukset tehdään James Webb avaruusteleskoopilla (JWST). JWST laukaistaan avaruuteen vuonna 2020.

TESSissä on kaikkiaan neljä laajakenttäistä kameraa havaintovälineenä. Kunkin kameran kuvakentän sivun pituus on 24 astetta ja neljän kameran kentät muodostavat yhdessä 96×24 asteen sektorin. Tätä sektoria kamerat kuvaavat yhden kierroksen ajan. Koko seuranta käsittää kaikkiaan noin 200 000 aurinkokuntamme lähitähteä. Tutkijat odottavat TESSin kartoituksen tuovan tietoja vähintään 300 maapallon kokoisesta ja supermaa -planeetoista. Supermaa-planeettojen koko on tässä yhteydessä rajoitettu enintään kaksinkertaiseksi verrattuna maapalloon.

Radan maapalloa lähimmässä osassa observatorio käännetään tietoliikennettä varten muutaman vuorokauden ajaksi. Tällöin kaikki mittaukset radioidaan Maahan. 
TESSin kartoittamat alueet taivaanpallosta
vuorokausina. Kuva NASA.


TESS kartoittaa yhtä kohdealuettaan vähintään 27 vuorokauden ajan. Havaintojakson jälkeen havaintoaluetta muutetaan siten, että se on jonkin verran päällekkäin edellisen havaintokentän kanssa. Näin jatkettaessa ensimmäisen toimintavuoden aikana tulee kartoitetuksi puolet taivaanpallosta ja seuraavana vuotena toinen puolisko. Observatorion kääntöakselin napa-alueet ovat jatkuvasti seurattuja. Tutkijat odottavat saavansa tietoja eksoplaneettojen lisäksi noin 20 000 muusta avaruuden kohteesta ja kappaleesta.

Lisätietoja







lauantai 14. huhtikuuta 2018

Superflare Proxima Centaurissa


Taiteilijan näkemys aktiivisesta Procima Centairista
planeettoineen.
Kuva NASA/SDO/Goddard.
Tutkijat ovat havainneet[1] aurinkokuntaamme lähimpänä olevalla tähdellä[2], Proxima Centaurilla,[5] valtavan supereflare-purkauksen. 

Purkauksen kokonaisenergia oli havaintojen mukaan noin 3,1×1026 J, joka vastaa noin 30× Proximalla aikaisemmin havaittua voimakkainta flarepurkausta. Kahden vuoden aikana tähdellä on havaittu 23 muuta voimakasta purkausta..

Proxima Centauri on pieni punainen kääpiötähti Alfa Centaurin järjestelmässä ja sen kiertoradalta on löydetty eksoplaneetta Proxima b[3]. Superflare-purkaus nosti tähden kirkkautta hetkelliseksi  68-kertaiseksi sen normaali kirkkauteen verrattuna. Tavallisesti tähti on paljain silmin näkymätön, mutta purkauksen aikana se olisi ollut mahdollista nähdä paljain silmin täysin pimeässä paikassa, sillä sen visuaaliseksi kirkkaudeksi arvioitiin noin Mv=6,8m. Proximan normaali kirkkaus on Mv=11,05m.

Proxima on osoittautunut hyvin aktiiviseksi tähdeksi, sillä siellä tapahtuu hyvin runsaasti flarepurkauksia. Tilastollisesti tarkasteltuna tähdellä esiintyy supreflarepurkauksia vähintään viisi kertaa vuodessa. Proxima b on suunnilleen Maan kokoinen ja se kiertää laskennallisella ekokehällä tähdestään. Usein toistuvat flarepurkaukset tekevät kuitenkin mahdollisen elämän esiintymisen planeetalla hyvin vaikeaksi ellei aivan mahdottomaksi.

Jos planeetalla on ilmakehä, niin toistuvat superflaret estäisivät suojaavan otsonikerroksen syntymisen[4]. Lisäksi voimaksa uv-säteily pyyhkisi mahdollisen ilmakehän pois muutamassa miljardissa vuodessa. Näin ollen Proxima b olosuhteet voisivat muistuttaa enemmän Marsin kuin Maan olosuhteita. Voimakas uv-säteily sterilisoi planeetan pinnan lähes jatkuvasti, joten maankaltaisen elämän esiintyminen planeetalla lienee mahdotonta vaikka ilmakehä olisikin niin vahva, että se mahdollistaisi muutoin elämän esiintymisen.

Punaiset kääpiötähdet ovat yleisin tähtiryhmä maailmankaikkeudessa. Nyt julkistettu tutkimus hyvin vaikeista olosuhteista elämälle tähtiä kiertävillä planeetoilla ei ole kovinkaan rohkaiseva uutinen astrobiologeille, jotka yrittävät kartoittaa elämän esiintymistä maailmakaikkeudessa. Tähän asti punaisia kääpiötähtiä on pidetty potentiaalisimpana tähtiryhmänä, sillä pienimassaiset tähdet ovat paitsi runsautensa, niin myös pitkäikäisyytensä vuoksi potentiaalisia elämän esiintymistä ylläpitäviä järjestelmiä. Prixima Centaurin superflaret kuitenkin heikentävät voimakkaasti tätä käsitystä ja voi olla, että (jälleen) pontiaallisimmiksi tähtijärjestelmiksi tuleekin auringonkaltaiset tai vain hieman pienemmät tähdet planeettoineen.

Lisää aiheesta

Huomautukset
[1] arXiv:1804.02001v1 [astro-ph.EP] 5 Apr 2018 The First Naked-Eye Superflare Detected from Proxima Centauri, Ward S. Howard (Department of Physics and Astronomy, University of North Carolina at Chapel Hill)  & al.

[2] Etäisyys on 4,26 valovuotta.

[3] Proxima b löydettiin vuonna 2016.

[4] Auringon suhteellisen heikot flarepurkaukset aiheuttavat aika ajoin myös maapallon ilmakehässä otsonikatoa. Proximalla esiintyvät superflaret ovat voimakkuudeltaan noin 1 000 – 10 000 -kertaisia Auringossa tapahtuneisiin voimakkaimpiin purkauksiin nähden.

[5] Havainto tehtiin maaliskuussa 2016 EvryScope kuvausjärjestelmällä (http://evryscope.astro.unc.edu/).