Kosminen mysteeri: ESO:n teleskooppi havaitsi massiivisen tähden katoamisen

eso2010fi — Tutkimustiedote / Pasi Nurmi

Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope eli VLT-kaukoputken avulla tähtitieteilijät ovat havainneet kääpiögalaksissa epävakaan massiivisen tähden katoamisen. Tutkijat arvelevat, että tämä voisi viitata siihen, että tähti muuttui vähemmän kirkkaaksi ja osittain pölyn peittämäksi. Vaihtoehtoinen selitys on se, että tähti romahti mustaksi aukoksi ilman supernovaräjähdystä. ”Jos tämä on totta,”, ryhmänjohtaja ja tohtoriopiskelija Andrew Allan Trinity College Dublinista Irlannista sanoi”niin tämä olisi ensimmäinen suora havainto tällaisesta hirviötähdestä, joka päättää elämänsä tällä tavalla”.

Taiteilijan näkemys tähdestä ennen sen katoamista. Kuva ESO.

Vuosina 2001—2011 eri tähtitieteilijäryhmät tutkivat salaperäistä massiivista tähteä, joka sijaitsee Kinman nimisessä kääpiögalaksissa. Heidän havaintonsa osoittivat sen olevan evoluutionsa myöhäisessä vaiheessa. Allan ja hänen yhteistyökumppaninsa Irlannissa, Chilessä ja Yhdysvalloissa halusivat saada lisätietoja siitä, kuinka hyvin massiiviset tähdet lopettavat elämänsä. Kohde Kinman kääpiögalaksissa vaikutti täydelliseltä kohteelta. Kun he suuntasivat ESO:n VLT:n kohti kaukaista galaksia vuonna 2019, he eivät enää löytäneet merkkiäkään tähdestä. ”Sen sijaan yllätyimme, kun saimme tietää, että tähti oli kadonnut!”, kertoo Allan, joka johti 30.6.2020 Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä julkaistua tutkimusta tähdestä.

Noin 75 miljoonan valovuoden päässä Vesimiehen tähdistössä sijaitseva Kinman kääpiögalaksi on liian kaukana tähtitieteilijöille, jotta sen yksittäisiä tähtiä voitaisiin nähdä, mutta he pystyvät havaitsemaan epäsuoria merkkejä joistakin tähdistä. Vuosina 2001—2011 galaksista tulevassa valossa oli johdonmukaisia todisteita siitä, että galaksissa on ‘kirkas sininen muuttujatähti’, joka on noin 2,5 miljoonaa kertaa Aurinkoa kirkkaampi. Tämäntyyppiset tähdet ovat epävakaita, ja niiden spektrissä ja kirkkaudessa näkyy satunnaisia dramaattisia muutoksia. Näiden muutosten seurauksena valovoimaiset siniset muuttujat jättävät jälkeensä tiettyjä merkkejä, joita tutkijat voivat tunnistaa. Nämä olivat kuitenkin poissa tutkimusryhmän vuonna 2019 keräämästä datasta, jolloin he jäivät miettimään, mitä tähdelle oli tapahtunut. ”Olisi erittäin epätavallista, että näin massiivinen tähti katoaisi tuottamatta kirkasta supernovaräjähdystä”, Allan sanoi.

Kinman kääpiögalaksin sijainti Vesimiehen tähdistössä. Kuva ESO.

Ryhmä käänsi ensimmäisen kerran ESPRESSO-instrumentin tähteä kohti elokuussa 2019 käyttäen neljää VLT:n 8-metristä teleskooppia samanaikaisesti. Mutta he eivät kuitenkaan löytäneet merkkejä aiemmin valovoimaisesta tähdestä. Muutamaa kuukautta myöhemmin ryhmä kokeili myös ESO:n VLT:ssä olevaa X-shooter- instrumenttia, mutta he eivät löytäneet taaskaan jälkeäkään tähdestä.

”Olemme ehkä havainneet yhden paikallisen Universumin massiivisimmista tähdistä häviävän hellästi yöhön”, tiimin jäsen Jose Groh, myös Trinity College Dublinista, sanoi. ” Löytöämme ei olisi tehty ilman tehokkaita ESO:n 8-metrin kokoluokan kaukoputkia ja ilman niiden ainutlaatuista instrumentointia, sekä ilman nopeaa pääsyä näihin laitteisiin, mikä tuli mahdolliseksi Irlannin äskettäin tekemän ESO:n liittymissopimuksen mukaisesti”. Irlannista tuli ESO:n jäsenvaltio syyskuussa 2018.

Tämän jälkeen tutkimusryhmä tutki vanhempia data-aineistoja, jotka kerättiin X-shooter ja UVES-instrumenteilla Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevalla ESO:n VLT:llä ja muualla sijaitsevilla teleskooppeilla. ”ESO Science Archive Facility-työkalun avulla pystyimme löytämään ja tutkimaan saman kohteen tietoja vuosilta 2002 ja 2009”, kertoo tutkimukseen osallistunut Chilen ESO:n henkilökunnan tähtitieteilijä Andrea Mehner. ”Vertailu vuoden 2002 korkean resoluution UVES-spektrin ja ESO:n uusimman korkean resoluution spektrografin ESPRESSO:n vuonna 2019 saatujen havaintojen välillä oli erityisen paljastavaa sekä tähtitieteellisessä mielessä että instrumentoinnin kannalta.”

Vanhat tiedot viittasivat siihen, että Kinman kääpiögalaksin tähdellä olisi voinut olla käynnissä voimakas purkausjakso, joka todennäköisesti päättyi joskus vuoden 2011 jälkeen. Tämän kaltaiset kirkkaat siniset muuttujatähdet ovat alttiita jättimäisille purkauksille elämänsä aikana, mikä aiheuttaa tähtien massahäviön äkillistä kasvua jolloin niiden kirkkaus kasvaa dramaattisesti.

Tähtitieteilijät ovat havaintojensa ja malliensa perusteella ehdottaneet kahta selitystä tähden katoamiselle ja supernovan puuttumiselle, jotka myös liittyvät tähän mahdolliseen purkaukseen. Purkaus on saattanut johtaa siihen, että kirkas sininen muuttujatähti on muuttunut vähemmän valovoimaiseksi tähdeksi ympärillä olevan pölyn vaikutuksesta. Tutkimusryhmän mukaan tähti on toisaalta saattanut romahtaa mustaksi aukoksi tuottamatta supernovaräjähdystä ^[1]. Tämä olisi harvinainen tapahtuma. Nykyisen käsityksemme mukaan suurin osa massiivisista tähdistä päättää elämänsä supernovana.

Tähden kohtalon selvittäminen vaatii vielä tulevia tutkimuksia. Vuonna 2025 toimintansa suunnitellusti aloittava ESO:n Extremely Large Telescope eli ELT-kaukoputki pystyy erottamaan yksittäisiä tähtiä kaukaisissa galakseissa, kuten Kinman kääpiögalaksissa ja tulee auttamaan tämän kaltaisien kosmisten mysteerien ratkaisemisessa.

Huomautukset

[1] Tavallinen supernova syntyy massiivisen tähden ytimen luhistuessa ensin neutronitähdeksi ja sen jälkeen mustaksi aukoksi, jos luhistunutta massaa on riittävästi. Tähden ulko-osat sinkoutuvat avaruuteen sokkiaaltojen vaikutuksesta. Avaruuteen sinkoutunut aine säteilee voimakkaasti kaikilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla: aluksi gammasäteilyä ja lopuksi radioaaltoina. Jos tähdellä (siniset ylijättiläiset) ei ole varsinaisen ytimen ulkopuolisia kerroksia (ne on menetetty tähden aikaisemman historian aikana) tähden luhistuminen mustaksi aukoksi on mahdollista ilman supernovaa. - KAK -