Aalto-yliopiston tutkijat selvittivät maailmankaikkeuden saloja James Webb -avaruusteleskoopin avulla

KAK – Aalto-yliopiston tutkijat ovat osallistuneet kahteen merkittävään kansainväliseen tutkimukseen, joissa James Webb -avaruusteleskooppia hyödynnetään maailmankaikkeuden salojen selvittämisessä.

Varhaisten galaksien kuvaus ja galaksiryhmien luettelo

Ensimmäisessä tutkimuksessa [2], joka on osa COSMOS Web -hanketta, kuvattiin maailmankaikkeuden varhaisimpia galakseja ja julkaistiin laajin koskaan koottu luettelo galaksiryhmistä ja -joukoista.

ESAn kuukauden kuvaksi huhtikuussa valittu kuva galaksiryhmästä on 6,6 miljardin vuoden takaa, 7,3 miljardin valovuoden etäisyydeltä.

Tutkijat havaitsivat 1 678 galaksiryhmää tai niiden esiastetta, mikä tarjoaa ennennäkemättömän näkymän galaksien kehitykseen viimeisen 12 miljardin vuoden ajalta. Tutkimus julkaistiin Astronomy & Astrophysics -lehdessä, ja sen tulokset valittiin Euroopan avaruusjärjestö ESA:n kuukauden kuvaksi.

James Webb -avaruusteleskooppi, joka aloitti toimintansa vuonna 2022, mahdollistaa galaksien havainnoinnin sellaisina kuin ne olivat, kun maailmankaikkeus oli alle miljardin vuoden ikäinen. Galaksiryhmät ja -joukot ovat tiheitä alueita, joissa on paljon pimeää ainetta, kuumaa kaasua ja jättimäisiä keskusgalakseja. Galaksit muodostavat kosmista verkkoa, jossa ne vuorovaikuttavat ja sulautuvat toisiinsa, mikä vaikuttaa niiden evoluutioon.

Pimeän aineen kartoitus ja sen rooli maailmankaikkeudessa

Toisessa tutkimuksessa [3] Nasan vetämä ryhmä kartoitti pimeän aineen [1] vaikutusta galaksien, tähtien ja planeettojen syntyyn. Tutkijat loivat ennennäkemättömän yksityiskohtaisen pimeän aineen kartan Sekstantin tähdistön alueelta, joka paljastaa, kuinka pimeä aine limittyy ja kietoutuu tavalliseen aineeseen. Karttaan tallentui lähes 800 000 galaksia, ja se on kaksi kertaa tarkempi kuin Hubble-teleskoopin aikaisempi kartta.

Kuva näyttää pimeän aineen jakautumisen samalla taivaan alueella. Kuvat ovat otettu Nasan Webb-teleskoopilla 2026 (oikealla) ja Hubblen avaruusteleskoopilla 2007 (vasemmalla). Kuva: NASA/STScI/A. Pagan.

Pimeä aine muodostaa noin 27 prosenttia maailmankaikkeudesta, kun taas tavallinen aine vain noin 5 prosenttia. Tutkimus osoittaa, että pimeä ja tavallinen aine ovat aina olleet samassa paikassa ja kasvoivat yhdessä. Pimeä aine alkoi kasautua ensin, vetäen tavallista ainetta kasaan ja luoden alueita, joissa tähtien ja galaksien muodostuminen oli mahdollista. Tutkimus on julkaistu Nature Astronomy -lehdessä.

Aalto-yliopiston tutkijatohtori Ghassem Gozaliasl on osallistunut molempiin tutkimuksiin, joissa on selvitetty pimeän aineen roolia, galaksien vuorovaikutusta sekä niiden massojen ja sijaintien kartoitusta.

James Webb -teleskooppi on mahdollistanut ennennäkemättömän tarkat havainnot, jotka auttavat ymmärtämään maailmankaikkeuden kehitystä ja rakenteita. Tutkimukset paljastavat myös, kuinka galaksien ulkonäkö muuttuu kosmisen ajan mukana: kaukaisissa galakseissa tähtien muodostus on aktiivista ja niiden muodot epäsäännöllisiä, kun taas lähempänä nykyhetkeä tähtien muodostus tukahtuu ja galaksien muodot muuttuvat säännöllisemmiksi.

Lähteet

Aalto-yliopiston tiedotteet 28.4.2025 ja 26.1.2026.

 

Viitteet

[1] Pimeä aine on näkymätöntä (ei emittoi sähkömagneetista säteilyä – valoa), mutta sen gravitaatio vaikuttaa tavalliseen aineeseen. Näkymättömän sitä ei voida nähdä suoraan, mutta sen olemassaolo paljastuu esimerkiksi galaksien pyörimisnopeuksista ja valon kulkureitin taipumisena (gravitaatiolinssi-ilmiö).

Pimeä aine muodostaa noin 27 prosenttia maailmankaikkeuden kokonaismassasta ja -energiasta. Se on siis yksi maailmankaikkeuden pääkomponenteista tavallisen aineen (5 %) ja pimeän energian (noin 68 %) rinnalla. Tutkijat kartoittavat pimeää ainetta mittaamalla sen gravitaation vaikutuksia.

[2] The COSMOS-Web deep galaxy group catalog up to z = 3.7; https://arxiv.org/pdf/2501.09060

[3] Scognamiglio, D., Leroy, G., Harvey, D. et al. An ultra-high-resolution map of (dark) matter. Nat Astron (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02763-9 (maksullinen).

 

 

 

Betelgeusen kumppanitähti varmistui

KAK – Orionin punainen ylijättiläinen Betelgeuse on ollut tähtitieteen harrastajien keskuudessa puheenaiheena jo vuosia. Muistattehan varmasti "Suuren himmennyksen" vuosina 2019 – 2020, kun tähden kirkkaus laski dramaattisesti. Laajasti, niin asiantuntijoiden kuin harrastajien keskuudessa aprikoitiin sitä, että onko tähti räjähtämässä supernovana.

Kaaviokuva Betelgeusesta ja sen kumppanitähden aiheuttamasta vanavedestä ja peräaallosta. Kumppanitähtien kiertorata, noin 2,3 R⋆, on merkitty sinisellä katkoviivalla. Se on selvästi Mg II -emission kokonaislaajuuden sisällä, joka ulottuu 6,4 R⋆:een ja se on merkitty oranssilla värillä. Kun sitä havainnoidaan eri vaiheissa nuolien suuntaisesti, laajeneva vanavesi voidaan havaita erilaisena tai olla havaitsematta. Kuva on lähteenä käytetystä tutkimuksesta, A.H. Szentgyorgyi.

Tutkimuksissa lopuilta paljastui se, että Betelgeuse oli vain pölläyttänyt tavallista laajemman ja tiheämmän ainepilven, joka aiheutti tähden kirkkauteen merkittävä heikkenimisen.

Vaikka räjähdystä ei ole toistaiseksi nähty, Betelgeuseella riittää yhä mysteerejä. Äskettäin julkaistu tuore tutkimus (tammikuu 2026) on nyt vahvistanut asian, jota on epäilty pitkään: Betelgeuse on kaksoistähti.

Betelgeusen kumppanitähdelle on nyt annettu nimi Siwarha. Nimi on peräisin arabiasta ja kunnioittaa alkuperäistä nimeä "Ibt al-Jauzah". Tähden olemassaolo selittää tähden oudon käyttäytymisen, joka on näkynyt erityisesti spektreissä.

Havainnot viittaavat siihen, että Siwarha kiertää hyvin lähellä emotähteään. Etäisyys Betelgeusen pinnasta on vain noin 2,3 tähden sädettä (R⋆). Tämä on merkittävä löytö: ottaen huomioon, että Betelgeusen kromosfääri eli kaasukehä ulottuu huomattavasti pidemmälle, kumppanitähti ei liiku vain tyhjässä avaruudessa, vaan Betegeusen kromosfäärissä.

Siwarhan kiertoaika on noin 2109 vuorokautta (5,77 vuota). Tämä jakso täsmää täydellisesti havaittuun pitkään sekundaariseen jaksoon, jota on selitetty aiemmin muun muassa kumppanitähdellä, pölymuodostuksella tai konvektiolla.

Koska Betelgeuse on niin valtava ja kirkas, suora kuvaaminen sen pienemmästä ja himmeästä kumppanista on äärimmäisen vaikeaa. Siksi tutkijat ovat luottaneet spektroskopiaan.

Tutkimuksessa (Dupree et al.) analysoitiin Betelgeusen optisia ja ultravioletti spektriviuvoja vuosien varrelta. Tulokset ovat erittäin mielenkiintoisia:

·         Mn I -viivat: Optisessa alueessa näkyvät kapeat Mn I-viivat osoittavat absorptiota. Tutkijat huomasivat selkeän rytmin: absorptio oli heikoimmillaan, kun Siwarha kulki Betelgeusen edessä (transit). Heti ohituksen jälkeen absorptio voimistui ja saavutti huippunsa, kun Siwarha oli Betelgeusen takana.

·         Massavirtaus: Ultravioletti viivat (kuten Fe II ja Si I) paljastavat, että tähden kromosfäärin kaasun ulosvirtaus kiihtyy heti Siwarhan ohituksen jälkeen.

Kromosfäärissä kulkiessaan Siwarha jättää jälkeensä ”peräaallon”, joka on fysiikaltaan suunnilleen sama kuin veneellä, joka liikkuu vedessä. Veneen perään syntyy vana ja peräaalto (wake).

Koska Siwarha kiertää noin 43 km/s nopeudella, ja ympäröivän kaasun äänennopeus on vain noin 6 km/s, kumppanitähti liikkuu yliäänennopeudella (Mach-luku n. 7). Tämä luonnollisesti vaikuttaa kromosfäärin plasmaan. Siwarhan liike keskittää kaasua sen eteen (kompressio), mutta ennen kaikkea sen taakse muodostuu laajeneva peräaalto.

Kun Siwarha on meistä katsoen tähden edessä, peräaalto on vielä suhteellisen kapea ja piilossa tähden takana. Ohituksen jälkeen aalto laajenee sivuille, ja se peittää yhä suuremman osan Betelgeusen pinnasta. Aallossa oleva tiheämpi kaasu imee valoa, mikä näkyy spektrissä lisääntyneenä absorptiona ja selittää, miksi Betelgeuse himmenee tämän pitkän jakson aikana.

Tämä malli selittää monia Betelgeusen aiemmin arvoituksellisista piirteistä. Tällä hetkellä olemme tilanteessa, jossa Siwarha on Betelgeusen takana (vaihe 0,5). Tutkijat laskevat, että kumppanitähti tulee näkyviin jälleen elokuussa 2027.

Tämä uuden tutkimuksen mukana meillä on nyt vahva spektroskooppinen todiste siitä, että Betelgeusen monimutkainen kaasudynamiikka ohjautuu sen kromosfäärissä piileskelevän kumppanin tahdissa.

Lähde

Tutkimus on julkaistu arXiv-palvelussa 5.1.2026 otsikolla Betelgeuse: Detection of the Expanding Wake of the Companion Star.