Planetaarinen kiekko Suuren Magellanin pilven tähdellä

 Tähtitieteilijät ovat tehneet merkittävän löydön havaitessaan naapurigalaksi Suuressa Magellanin pilvessä planetaarisen kiekon nuoren tähden ympäriltä. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun galaksimme ulkopuolelta on löydetty materiakiekko, joka on identtinen omien Linnunratamme planeettoja muodostavien kiekkojen kanssa. Havainto tehtiin Chilessä sijaitsevalla Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -teleskooppiverkostolla (ALMA), jonka yhteistyökumppani Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on.

 

Taiteilijan näkemys kiekosta ja suihkusta nuoressa tähtisysteemissä HH 1177. Kuva ESO.

"Kun näin ALMA:n datassa ensimmäisen kerran todisteita pyörivästä rakenteesta, en voinut uskoa, että olimme havainneet ensimmäisen ekstragalaktisen kertymäkiekon. Se oli aivan erityinen hetki", sanoi Anna McLeod, Durhamin yliopiston apulaisprofessori Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja tänään Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. "Tiedämme, että kiekot ovat omassa galaksissamme ehdottoman tärkeitä tähtien ja planeettojen muodostumiselle, ja nyt näemme ensimmäistä kertaa suoran todisteen tästä toisessa galaksissa". 

Tutkimus on jatkoa ESO:n VLT-teleskoopin MUSE-instrumentilla (Multi Unit Spectroscopic Explorer) tehdyille havainnoille, joissa muodostumassa olevasta tähdestä havaittiin suihku. Järjestelmä sai nimekseen HH 1177, ja se sijatsee syvällä Suuren Magellanin pilven kaasupilven sisällä. "Löysimme tästä nuoresta massiivisesta tähdestä lähtevän suihkun, ja sen olemassaolo on merkki järjestelmässä tapahtuvasta kiekon kasvamisesta", McLeod sanoi. Varmistaakseen, että tällainen kiekko todella on olemassa, tutkimusryhmän oli mitattava tähden ympärillä olevan tiheän kaasun liikettä.

Aineen kulkeutuessa kasvavaa tähteä kohti, se muodostaa litteän ja pyörivän kiekon tähden ympärille. Lähempänä keskustaa kiekko pyörii nopeammin, ja juuri tämä nopeusero on tähtitieteilijöille merkkinä siitä, että kyseessä on nimenomaan kertymäkiekko.

"Valon taajuus muuttuu sen mukaan, kuinka nopeasti valoa säteilevä kaasu liikkuu meitä kohti tai meistä poispäin", selitti Jonathan Henshaw, brittiläisen Liverpool John Mooresin yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen kirjoittajista. Kyseinen on nimeltään Dopler-ilmiö ja sitä hyödynnetään laajasti erilaisten nopeuksien havaitsemiseen.

Tarkkojen ALMA:n taajuusmittausten avulla tutkijat pystyivät erottamaan kiekoille tyypillisen pyörimisen, mikä vahvisti havaitun ensimmäisen ekstragalaktisen nuoren tähden ympärillä olevan planetaarisen kiekon olevan todellinen.

Havaitun kaltaiset massiiviset tähdet muodostuvat ja kehittyvät paljon nopeammin kuin auringonkaltaiset pienimassaiset tähdet. Meidän galaksissamme näitä massiivisia tähtiä on tunnetusti vaikea havaita. Usein pölyinen materia, josta ne muodostuvat kiekon muodostuessa niiden ympärille, peittää ne näkyvistä. 160 000 valovuoden päässä sijaitsevassa Suuressa Magellanin pilvessä materia, josta uudet tähdet syntyvät, on kuitenkin hyvin erilaista kuin Linnunradassa. Pienemmän pölypitoisuuden ansiosta HH 1177 ei enää ole piilossa syntykotelossaan, mikä antaa tähtitieteilijöille esteettömän, joskin kaukaisen näkymän tähtien ja planeettojen muodostumiseen.

"Elämme tähtitieteen laitteiden osalta nopean teknologisen kehityksen aikakautta", McLeod sanoi. "On hyvin jännittävää, että voimme tutkia, miten tähdet muodostuvat niin uskomattomilla etäisyyksillä eri galaksissa".

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “A likely Keplerian disk feeding an optically revealed massive young star”, joka julkaistaan Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06790-2) lehdessä. Kiekkoa havaittiin Suuren Magellanin pilven alueella nimeltään LHA 120-N 180B, jota on käsitelty aikaisemmassa ESO:n lehdistötiedotteessa "Vastasyntyneiden tähtien muodostamia kuplia". 

 

Webb in ja Hubblen havainnot yhdistettiin

NASA/ESA/CSA James Webb-avaruusteleskooppi ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskooppi ovat yhdessä havainneet laajaa galaksijoukkoa, joka tunnetaan nimellä MACS0416. Tuloksena oleva pankromaattinen kuva yhdistää näkyvän ja infrapunavalon muodostaen yhden kattavimmista koskaan saavutetuista universumin näkymistä. Noin 4,3 miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitseva MACS0416 on muodostunut kahdesta törmääväästä galaksijoukkosta, jotka lopulta yhdistyvät muodostaen vielä suuremman joukon.

Galaksijoukko MACS0416 jossa on gravitaatiolinssin korostaman taustagalaksi, joka oli olemassa noin 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tuo galaksi sisältää kohteen, jonka havaittu kirkkaus vaihtelee ajan myötä ja jonka tiederyhmä antoi lempinimen "Mothra". Mothra on tähti, jonka kuva on suurentunut vähintään 4 000 kertaiseksi. Tiimi uskoo, että Mothran kuvaa ei suurenna vain galaksijoukon MACS0416 gravitaatio, vaan myös "millilinssinä" tunnettu kohde, jonka massa on suunnilleen yhtä paljon kuin pallomaisella tähtijoukolla.

Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Espanja), J. D'Silva (U. Länsi-Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU) ja H. Yan (U. Missouri)

Kuva paljastaa runsaasti yksityiskohtia, jotka ovat mahdollisia vain yhdistämällä molempien avaruusteleskooppien havainnot. Se sisältää joukon galakseja joukon ulkopuolella ja joukon lähteitä, jotka vaihtelevat ajan myötä, todennäköisesti gravitaatiolinssien vuoksi – kaukaisten taustalähteiden valon vääristymisestä ja vahvistumisesta.

Tämä klusteri oli ensimmäinen joukko Hubble-ohjelmasta nimeltä Frontier Fields, jo käynnistettiin vuonna 2014. Hubble oli edelläkävijä etsiessään joitain luonnostaan himmeimpiä ja nuorimpia koskaan havaittuja galakseja. Webbin infrapunanäkymä vahvistaa merkittävästi näitä havaintoja ulottumalla vielä pidemmälle varhaiseen universumiin.

Kuvan tekemiseksi valon lyhyimmät aallonpituudet olivat yleensä värikoodattua siniselle, pisimmät punaiselle ja keskiaallonpituudet vihreälle kanavalle. Laaja aallonpituusalue, 0,4 – 5 mikromteriä, tuottaa erityisen näyttävän galaksimaiseman.

Nämä värit antavat vihjeitä galaksien etäisyyksistä: sinisimmät galaksit ovat suhteellisen lähellä ja niissä esiintyy usein voimakasta tähtien muodostumista, joita Hubble havaitsee parhaiten, kun taas punaisemmat galaksit ovat yleensä kauempana, joita Webb havaitsee infrapunaisella aallonpituuksilla. Jotkut galaksit näyttävät myös erittäin punaisilta, koska ne sisältävät runsaasti kosmista pölyä, joka pyrkii imemään sinisempiä tähtien valon värejä.

Vaikka uudet Webb-havainnot edistävät tätä esteettistä näkemystä, ne otettiin tiettyyn tieteelliseen tarkoitukseen. Tutkimusryhmä yhdisti kolme havaintoaikakauttaan, joista jokainen tehtiin viikkojen välein, neljänteen aikakauteen CANUCS-tutkimusryhmästä (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). Tavoitteena oli etsiä kohteita, joiden havaittu kirkkaus vaihtelee ajan myötä.

He tunnistivat 14 tällaista kohdetta. Kaksitoista niistä sijaitsi kolmessa galaksissa, jotka suurentuivat voimakkaasti gravitaatiolinssin vaikutuksesta, ja ne ovat todennäköisesti yksittäisiä tähtiä tai monitähtijärjestelmiä, jotka ovat hetkellisesti erittäin suurentuneet. Loput kaksi kohdetta ovat maltillisemmin suurentuneissa taustagalakseissa ja ovat todennäköisesti supernovija.

Niin monien muutuvan kohteen löytäminen suhteellisen lyhyen ajanjakson havainnoista viittaa siihen, että tähtitieteilijät voisivat löytää paljon enemmän vastaavia kohteita tästä klusterista ja muista sen kaltaisista säännöllisestä seurannasta Webbin avulla.

Ryhmän tunnistamista muuttuvista kohteista yksi erottui erityisesti joukosta. Sijaitsee galaksissa, joka oli olemassa noin 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, ja se on suurentunut kertoimella 4 000 vähintään. Tiimi antoi lempinimen tähtijärjestelmä ”Mothra” kuvatakseen sen "hirviöluonnetta". Se on sekä erittäin kirkas että erittäin suurentunut. Se liittyy toiseen linssittyneeseen tähteen, jonka tutkijat ovat aiemmin tunnistaneet ja jolle he antoivat lempinimen ”Godzilla”. Sekä Godzilla että Mothra ovat jättiläisiä hirviöitä, jotka tunnetaan japanilaisessa elokuvassa kaijuna.

Mielenkiintoista on, että Mothra näkyy myös yhdeksän vuotta aiemmin tehdyissä Hubblen havainnoissa. Tämä on epätavallista, koska etualalla olevan galaksijoukon ja taustatähden välinen hyvin tarkka kohdistus tarvitaan tähden suurentamiseksi niin paljon. Tähden ja joukon keskinäisten liikkeiden olisi lopulta pitänyt eliminoida tämä kohdistus.

Todennäköisin selitys on, että etualan klusterin sisällä on ylimääräinen kohde, joka lisää suurennusta. Ryhmä pystyi rajoittamaan massansa olemaan 10 000 – 1 miljoona kertaa Auringon massainen. Tämän "millilinssin" tarkka luonne on kuitenkin edelleen tuntematon. On mahdollista, että kohde on pallomainen tähtijoukko, joka on liian himmeä Webbille suoraan havaittavaksi.

Tässä esitetyt Webb-tiedot saatiin osana PEARLS-ohjelmaa (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), GTO-ohjelmaa 1176 .

Superaurinkomyrsky 14 373 vuotta sitten

Edouard Bardin (College of France) johtama tutkijaryhmä on onnistunut paljastamaan 14 373 vuotta sitten tapahtuneen erittäin voimakkaan aurinkomyrskyn. Näin vanhan aurinkomyrskyn määrittäminen vuoden tarkkuudella on harvinaista, sillä pitkän ajan määrittämisessä täytyy käyttää puiden vuosilustoja. Se ei tietystikään onnistu yhdestä ainoasta puusta, vaan määritettäviä puita täytyy olla samalta alueelta kymmeniä tai satoja. Säilyneitä puita on harvoin riittävää määrää yhdellä alueella ja riittävän pitkältä yhtäjaksoiselta ajanjaksolta.

Subfossiilistunut kanto Drouzet-joessa Rankan Alpeilla, joka on katkaistu vuosilustojen esille saamiseksi. Kuva Cécile Miramont (IMBE, Aix-Marseillen yliopisto).

Tutkittavat puut ovat havupuita, tässä tapauksessa Drouzet-joen yläjuoksulta Ranskan Alpeilta. Tältä alueelta on onnistuttu keräämään näytteitä 172 eri puusta, jotka ovat olleet jo osittain fossiilistuneita. Osittain fossiilistuneissa puissa on ollut edelleen riittävästi radiohiiltä (¹⁴C) eli hiilen radioaktiivista isotooppia.

Aurinkomyrskyissä syntyy hyvin energisiä protoneita (Auringosta peräisin oleva kosminen hiukkassäteily), jotka törmätessään maapallon ilmakehän atomeihin tuottaa uusia isotooppeja. Ilmakehän typestä (¹⁴N) syntyy hiiltä ¹⁴C, joka kulkeutuu muutamassa viikossa muun hiilen tapaan hiilimonoksidina ja hiilidioksidina kaikkeen orgaaniseen eloperäiseen ainekseen kuten puihin. Hiili sitoutuu puuhun, kunnes se kompostoituu (palaa) ja vapautuu takaisin ilmakehään. Radiohiilen puoliintumisaika on 5 700 ± 30 vuotta ja sitä voidaan käyttää ajoitukseen noin 60 000 vuoden aikajänteellä. Tätä pitempiä ajanjaksoja samoin kuin hiiltä sisältämättömien näytteiden ajoitukseen täytyy käyttää muita menetelmiä.

Erittäin voimakkaita aurinkomyrskyjä, joista nykyisin tunnetuin on Carringtonin tapahtuma, tapahtuu ehkä muutaman kerran vuosituhannessa. Kerätyssä datassa on tietoja mahdollisista aurinkomyrskyistä, joita kutsutaan Miyake-tapahtumiksi japanilaisen tutkijan Fusa Miyaken mukaan.  Vuonna 2012 hän julkaisi Naturessa tutkimusartikkelin, jossa kerrottiin japanin seetrin vuosilustoista tunnistettuja radiohiilipiikkejä vuosilta 7176 eaa, 5279 eaa, 660 eea, 774 eaa ja 993 eaa. Näiden lisäksi hän löysi vielä neljä mahdollista tapahtumaa vuosilta 12 350 eaa, 5410 eaa, 1052 eaa ja 1279 eaa.

Bardin johtama tutkimusryhmä on nyt vahvistanut Miyaken mahdollisesti löytämän aurinkomyrskyn vuonna 12 350 eaa omissa tutkimuksissaan. Tutkimusryhmä arvio tapahtuman olleen voimakkuudeltaan kymmenkertainen Carringtonin tapahtumaan verrattuna.

Tähtitieteilijät havaitsevat tähän mennessä kaukaisimmat nopeat radiopurskeet

eso2317 — Tiedejulkaisu 19. lokakuuta 2023

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut kosmisten radioaaltojen etäräjähdyksen, joka kestää alle millisekunnin. Tämä "nopea radiopurske" (FRB) on kaukaisin koskaan havaittu. Sen lähde havaittiin Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Very Large Telescope -teleskoopin (VLT) avulla galaksissa niin kaukana, että sen valon saapuminen meille kesti kahdeksan miljardia vuotta. FRB on myös yksi energisimmistä koskaan havaituista; sekunnin murto-osassa se vapautti vastaavan määrän Auringon säteilemän kokonaisenergia määrää 30 vuoden aikana.

Havainnekuva kaukaisesta FRB havainnosta galaksienvälisestä avaruudesta. Kuva ESO.

FRB 20220610A -nimisen purskeen löytö tehtiin viime vuoden kesäkuussa australialaisen ASKAP- radioteleskoopin [1] avulla, ja se löi tutkimusryhmän aiemman etäisyysennätyksen 50 prosentilla.

"Käyttämällä ASKAPin radioteleskooppeja pystyimme määrittämään tarkasti, mistä purkaus tuli", sanoo Australian Macquarien yliopiston tähtitieteilijä Stuart Ryder ja tänään Science -lehdessä julkaistun tutkimuksen toinen johtaja. "Sitten käytimme [ESOn VLT:tä ] Chilessä etsimään lähdegalaksia [2] ja havaitsimme sen olevan vanhempi ja kauempana kuin mikään muu FRB-lähde, joka on löydetty tähän mennessä ja todennäköisesti pienestä sulautuvien galaksien ryhmästä."

Löytö vahvistaa, että FRB:itä voidaan käyttää galaksien välisen "puuttuvan" aineen mittaamiseen, mikä tarjoaa uuden tavan "punnita" maailmankaikkeutta.

Nykyiset menetelmät maailmankaikkeuden massan arvioimiseksi antavat ristiriitaisia ​​vastauksia ja haastavat kosmologian standardimallin. "Jos laskemme yhteen maailmankaikkeuden normaalin aineen määrän – atomien, joista me kaikki koostumme –, huomaamme, että yli puolet siitä, mitä siellä pitäisi olla tänään, puuttuu", sanoo professori Ryan Shannon, Swinburnen yliopistosta. Australiassa, joka myös johti tutkimusta. "Uskomme, että puuttuva aine piileskelee galaksien välisessä tilassa, mutta se voi vain olla niin kuumaa ja hajanaista, että sitä on mahdoton nähdä normaaleilla tekniikoilla."

”Nopeat radiopurskeet tunnistavat tämän ionisoidun materiaalin. Jopa lähes täysin tyhjässä avaruudessa he voivat "nähdä" kaikki elektronit, ja sen avulla voimme mitata, kuinka paljon tavaraa on galaksien välillä", Shannon sanoo.

Kaukaisten FRB:ien löytäminen on avainasemassa universumin puuttuvan aineen tarkan mittaamisen kannalta, kuten edesmennyt australialainen tähtitieteilijä Jean-Pierre ('J-P') Macquart osoitti vuonna 2020. "J-P osoitti, että mitä kauempana nopea radiopurske on, sitä hajaantuneempaa kaasu on galaksien välistä. Tämä tunnetaan nykyään Macquart-relaationa. Jotkut viimeaikaiset nopeat radiopurskeet näyttivät rikkovan tämän suhteen. Mittauksemme vahvistavat, että Macquart-suhde kattaa yli puolet tunnetusta maailmankaikkeudesta", Ryder sanoo.

"Vaikka emme vielä tiedä, mikä aiheuttaa nämä massiiviset energiapurkaukset, tutkimus vahvistaa, että nopeat radiopurskeet ovat yleisiä tapahtumia kosmoksessa ja että voimme käyttää niitä aineen havaitsemiseen galaksien välillä ja ymmärtämään paremmin universumin galaksien rakennetta", Shannon sanoo.

Tulos edustaa nykypäivän kaukoputkella saavutettavissa olevan rajan, vaikka tähtitieteilijöillä on pian työkalut havaita jopa vanhempia ja kauempana olevia purkauksia, paikantaa niiden lähdegalaksit ja mitata maailmankaikkeudesta puuttuvaa ainetta. Kansainvälinen Square Kilometer Array Observatory rakentaa parhaillaan kahta radioteleskooppia Etelä-Afrikkaan ja Australiaan, jotka pystyvät löytämään tuhansia FRB:itä, mukaan lukien hyvin kaukaiset, joita ei voida havaita nykyisillä laitteilla. ESO:n Extremely Large Telescope , Chilen Atacaman autiomaassa rakenteilla oleva 39-metrinen teleskooppi, tulee olemaan yksi harvoista teleskoopeista, jotka pystyvät tutkimaan purkausten lähdegalaksia vielä kauempana kuin FRB 20220610A.

Huomautuksia

[1] ASKAP-teleskoopin omistaa ja sitä käyttää Australian kansallinen tiedetoimisto CSIRO Wajarri Yamajin maassa Länsi-Australiassa.

[2] Ryhmä käytti ESO:n VLT: ssä FOcal Reducerilla ja matalan dispersion Spectrograph 2:lla ( FORS2 ), X-shooterilla ja High Acuity Wide-field K-band Imager ( HAWK-I ) -instrumenteilla saatuja tietoja. Tutkimuksessa käytettiin myös Havaijilla, Yhdysvalloissa sijaitsevan Keck-observatorion tietoja.

NASAn Psyche-luotain lähti kohti Psyche-asteroidia

NASAn Psyche-avaruusalus on matkalla samannimiseen metallipitoisen asteroidin kiertoradalle. Luotaimen lähtö onnisti suunnitelmien mukaisesti perjantaina 13.10. 2023 kello 17.19 Suomen aikaa SpaceX Falcon Heavy -raketilla laukaisualustalta 39A:lta NASAn Kennedyn avaruuskeskuksessa Floridassa.

Havainnekuva Psyche-luotaimesta saman nimisen asteroidin kiertoradalla. Luotain saa käyttövoimansa aurinkokennoista, joiden koko on valtava itse luotaimeen verrattuna. Tämä johtuu siitä, että asteroidin rata on sijoittunut pääasteroidivyöhykkeelle, jossa auringonsäteilyn voimakkuus on vain murto-osa siitä, minkä maapallo vastaanottaa. Kuvan NASA.

Luotaimessa on mukana NASAn Deep Space Optical Communications -teknologian kokeiluversio syväavaruuden laserviestintälaitteistosta, joka voisi tukea tulevia tutkimustehtäviä tarjoamalla enemmän kaistanleveyttä tiedonsiirtoon kuin perinteinen radiotaajuusviestintä.

Elokuussa 2029 avaruusalus asettuu Psyche-asteroidin kiertoradalle. Asteroidin halkaisija on 279 kilometriä ja se on ainoa metalliluokan asteroidi, jota on koskaan tutkittu. Psychen korkean rauta-nikkelimetallipitoisuuden vuoksi tutkijat uskovat, että se voi olla planetesimaalin osittainen ydin, varhaisen planeetan rakennuspalikka. Tavoitteena on tehdä havaintoja ja mittauksia 26 kuukauden ajan.

Kuuden vuoden 3,6 miljardin kilometrin matkansa Marsin ja Jupiterin väliselle pääasteroidivyöhykkeelle, Psyche tuottaa propulsiovoimansa aurinkosähköisesti. Työntövoima tuotetaan ksenonin varattuja ioneja kiihdyttämällä voimakkaassa sähkökentässä hyvin suureen nopeuteen. Näin syntyvä propulsiovoima on heikko mutta ionimoottorin käyttöaika on pitkä, joten suuri kokonaisimpulssi mahdollistaa suuret nopeudet ja erittäin tehokkaan ajoaineen käytön. Marsin ohituksella luotaimen lentonopeutta edelleen ja tarvittavan ajoaineen määrää saadaan näin vähennettyä.

Tehtävän ensimmäiset 100 vuorokautta on käyttöönottovaihe, jonka aikana tarkistetaan ja säädetään kaikki lentojärjestelmät. Erityisesti varmistetaan, että ionimoottori toimii suunnitellusti.

Luotaimessa on useita instrumentteja havainnointiin – magnetometri, gamma- ja neutronispektrometri sekä monispektrisen kuvannin (siis hyvin kehittynyt ja monitoimintoinen kamera) – joiden aktiivinen tarkistus alkaa noin kuuden viikon kuluttua. Tänä aikana kuvannin ottaa ensimmäiset kuvat kalibrointia varten kohdistettuna tavallisiin tähtiin ja tähtijoukkoon käyttäen useita eri valotuksia ja useilla eri suodattimia.  Psyche-tiimi julkaisee raakakuvat internetissä kaikkia nähtäväksi.

Ensimmäinen mahdollisuus käynnistää optisen viestintätekniikan kokeiluversio on odotettavissa noin kolmen viikon kuluttua, jolloin Psyche olisi noin 7,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta. Tämä on NASAn ensimmäinen suuren tiedonsiirtonopeuden optisen tai laserviestinnän testi Kuuta kauemmaksi. Testilaitteistolla ei kuitenkaan välitetä Psychen varsinaisen tehtävän aikana kerättyjä tietoja, vaan ne välittyvät tavallisina radioaaltoina Maahan.

Lisätietoja NASAn Psyche-lennosta on osoitteessa:

https://www.nasa.gov/psyche