Yli kymmenen miljardin valovuoden päässä Maasta sijaitsevan
Winny-supernovan räjähdys voi tuottaa uutta tietoa maailmankaikkeuden
laajenemisvauhdista.
Gravitaatiolinssi on kosminen ilmiö, jossa painovoima
taivuttaa valoa ikään kuin vahvistaen sitä optisen linssin tavoin. Viime vuonna
havaittu gravitaatiolinssi antoi meille kuvan kaukaisesta supernovasta, joka
nimettiin Winnyksi.
 |
Satelliittikuva näyttää Winny-supernovan räjähdyksen valon taittuvan viiteen kertaan (A-E) kahden gravitaatiolinssinä toimivan galaksin (G1 ja G2) voimasta. Kuva: SN Winny Research Group.
|
Havainnon teki kansainvälinen HOLISMOKES
-yhteistyöverkosto , jonka Kaliforniassa sijaitseva The Zwicky
Transient Facility -observatorio havaitsi supernovan ensimmäisenä.
Tutkijatohtori Stefan
Schuldt huomasi Winnyn valon kulkeutuneen gravitaatiolinssin
kautta. Tarkempien havaintojen tekoa jatkettiin Suomen ja muiden Pohjoismaiden
ylläpitämällä Nordic Optical -teleskoopilla (NOT). Se paljasti kohteen olevan hyvin
harvinainen supernovatyyppi ja sijaitsevan yli 10 miljardin valovuoden etäisyydellä
Maasta.
Tämä on poikkeuksellisen suuri etäisyys havaitulle
supernovalle. Tähtitieteilijät mittaavat tällaisia etäisyyksiä sen perusteella,
kuinka paljon valo on venynyt ja punasiirtynyt matkansa aikana
maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi. Näin ilmaistuna galaksin etäisyys
vastaa punasiirtymää 2,01.
Gravitaatiolinssissä kaukaisesta kohteesta, kuten
supernovasta, tuleva valo kohtaa toisen galaksin kulkureitillään kohti Maata.
Silloin lähemmän galaksin gravitaatiokenttä toimii linssinä, joka taivuttaa ja
vahvistaa kauempaa tulevaa valoa. Samalla valo taipuu linssissä niin, että
Winny näkyy sen kautta viitenä erillisenä kuvana.
Supernovaräjähdyksien monistamat kuvat gravitaatiolinsseissä
[1] ovat erittäin harvinaisia. Ennen viime vuonna tehtyä havaintoa tunnettiin
vain kaksi tapausta, joissa yksittäinen galaksi aiheutti linssin – eikä
kumpikaan niistä soveltunut kosmologisiin tutkimuksiin.
Winnyn kohdalla tilanne on toisin.
”Gravitaatiolinssi taittoi Winnyn räjähdyksen tuottaman
valon maapallolle viittä eri reittiä. Samalla jokainen niistä on hieman eri
mittainen”, selittää tohtori Stefan Schuldt. Hän työskentelee tutkijatohtorina
Suomen ESO-yhteistyön tähtitieteen keskuksessa ja Helsingin yliopistossa.
Schuldt on mukana myös HOLISMOKES-yhteistyössä.
”Reittien aikaerojen ansiosta voimme mitata maailmankaikkeuden
laajenemisnopeutta”, hän jatkaa.
Ensimmäisissä havainnoissa Winnystä saatiin vain neljä
kuvaa, mutta tuoreimmat havainnot ovat paljastaneet viidennen. Se on
ratkaisevan tärkeä, sillä useampi reitti antaa lisätietoa maailmankaikkeuden
laajenemisnopeuden entistä tarkempaan mittaamiseen. Laajenemisnopeutta kuvataan
Hubblen vakiolla, mutta sen tarkasta arvosta on ristiriitaisia laskemia.
”Gravitaatiolinssin antamat viisi kuvaa Winnysta antavat
lisätietoa aiheesta”, arvio Schuldt.
Tämän erikoislaatuisen järjestelmän lisäanalyysi on nyt
käynnissä. Tavoitteena on uusi, riippumaton Hubblen vakion mittaus
mahdollisesti vielä tämän vuoden kuluessa.
Winny-supernovasta kertova tuore artikkeli on
julkaistu Astrophysics
and Astronomy -lehdessä.
…
[1] Gravitaatiolinssit – harvinaisuus vai yleinen ilmiö?
KAK – Helsingin yliopiston tiedote (19.2.2026) totesi, että
gravitaatiolinssit olisivat “erittäin harvinaisia” ja että ennen viime vuoden
havaintoa tunnettiin “vain kaksi” linssitapausta. Tämä saattaa olla kuitenkin hieman harhaanjohtavaa, sillä linssit yleensä ovat varsin yleinen ilmiö.
 |
|
Kaavio gravitaatiolinssin synnystä. Valon kulkureitti
kaareutuu massiivisen kohteen ohituksessa. Oranssit nuolet osoittavat taustalähteen
näennäisen sijainnin. Valkoiset nuolet osoittavat valon kulkureitin lähteen
todellisesta sijainnista. Riippuen gravitaatiolinssin muodosta tuloksena voi
olla kaukaisemman kohteen kuva, jonka muoto voi olla rengas, pisteitä ja
osittaisia kaaria. Kuva hubblesite.org/archive/2000/07 via en.wikipedia.
|
Tiedotteessa ei tarkoitetut
kaikkia gravitaatiolinssejä, vaan nimenomaan galaksien aiheuttamia linssejä,
joissa kaukaisesta supernovasta syntyy useita erillisiä
kuvia. Winny-supernovan tapauksessa havaittiin viisi monistunutta kuvaa.
Aiemmin vastaavia galaksin aiheuttamia linssejä tunnettiin vain muutamia
(esim. SN iPTF16geu ja SN Zwicky) – siksi tiedotteessa kerrotiin kahdesta tapauksesta.
Gravitaatiolinssi syntyy, kun
massiivinen etualan objekti (galaksi tai galaksiryhmä) taivuttaa taustalla
olevan kohteen valoa ja monistaa kuvan. Yleisimmillään havaitaan pitkiä kaaria
tai Einsteinin renkaita kaukaisten galaksien ympärillä. Tällaisia kohteita on
havaittu satoja ja uusia löydetään koko ajan.
Jo vuonna 2021 yhdistelmätutkimus (DESI Legacy Imaging
Surveys) löysi yli 1 200 uutta gravitaatiolinssiä, moninkertaistaen silloin tunnettujen (~300) linssien määrän. Käytännössä tunnettuja ja
vahvistettuja linssijärjestelmiä on tuhansia (ja määrä kasvaa jatkuvasti) ja linssi-ilmiöitä
saattaa olla jopa 500 000.
Yleisissä kartoissa linssien osuus on pieni: esimerkiksi
vain ~1/10 000 suurista galakseista toimii voimakkaana linssinä. Siksi
yksittäiset linssijärjestelmät eivät ole arkipäivää, mutta kun taivaalta
katsotaan miljoonia galakseja, linssikohtia kertyy paljon.
Käyttämällä pieniä syvän taivaan otoksia koko taivaalle
laajennettuna on saatu arvioita gravitaatiolinssi-ilmiön kokonaismääristä.
Esimerkiksi NASA:n COSMOS-tutkimus havaitsi 1,6 neliöasteen alueelta 67
linssiä, josta päättelemällä koko taivaalla voisi olla noin 0,5 miljoonaa
vastaavaa kohdetta.
Tulevat laajat kartoitusprojektit ennustavat kymmeniä
tuhansia uusia havaintoja: ESA:n Euclid-teleskooppi löytää arviolta 100 000
galaksilinssejä koko taivaalta, Rubin Observatory (LSST) noin 60 000 – 120 000 ja
Roman-teleskooppi vielä noin ~160 000 linssiä. Nämä ennusteet todistavat, että linssijärjestelmiä
odotetaan löytyvän useita kymmeniä tai satoja tuhansia.
Lähteet:
Winny-tutkimuksen tiedote
Helsingin yliopistolta;
Sachs, Huang ym. 2021 (noirlab/AURA); Linkki
NASA Hubble/COSMOS-linssitutkimus; Linkki
Euclid-, LSST- ja Roman-määräennusteet. Linkki