torstai 31. maaliskuuta 2022

Hubble havaitsi kaukaisimman tunnetun tähden

ESO Tiedejulkaisu 30. maaliskuuta 2022

NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi on luonut poikkeuksellisen uuden vertailukohdan: se on havainnut ensimmäisen miljardin vuoden aikana maailmankaikkeuden syntymän jälkeen universumin alkuräjähdyksessä olemassa olleen tähden valoa – kaukaisimman koskaan nähdyn yksittäisen tähden valoa.

Havainto on valtava harppaus ajassa taaksepäin verrattuna edelliseen yhden tähden ennätykseen, jonka Hubble havaitsi vuonna 2018. Tuo tähti oli olemassa, kun maailmankaikkeus oli noin 4 miljardia vuotta vanha, eli 30 prosenttia nykyisestä iästä. Tähden punasiirtymä on 1,5.

Toistaiseksi kaukaisin havaittu tähti on merkitty kuvaan nuolella. Sen kuva on vahvistunut ja suurentunut gravitaatiolinssin vaikutuksesta siten, että se on tullut Hubblella havaittavaksi. Ilman gravitaatiolinssiä emme näkisi hyvin varhaisesta maailmankaikkeudesta mitään. Hubble ei pysty havaitsemaan hyvin voimakkaasti punasiirtynyttä tähden valoa kovinkaan tehokkaasti. Sen sijaan kesällä toimintansa aloittava James Webb avaruusteleskooppi pystyy tekemään tästäkin kohteesta hyvin monipuolisia havaintoa. Kuva NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI), A. Pagan (STScI).  

 
Äskettäin havaittu tähti on niin kaukana, että sen valon saapuminen Maahan on kestänyt 12,9 miljardia vuotta. Valo lähti matkaan, kun maailmankaikkeus oli vain 7 prosenttia nykyisestä iästään ja tähden punasiirtymä on 6,2. Pienimmät ja himmeimmät kohteet, jotka aiemmin nähtiin näin suurelta etäisyydeltä, ovat olleet tähtijoukkoja varhaisissa galakseissa.

"Emme uskoneet sitä aluksi, se oli niin paljon kauempana kuin edellinen kaukaisin, suurimman punasiirtymän tähti ", sanoi tähtitieteilijä Brian Welch Johns Hopkins -yliopistosta Baltimoresta. Hän on löytöä kuvaavan Nature-tiedejulkaisussa julkaisun pääkirjoittaja. Löytö tehtiin tiedoista, jotka kerättiin Hubblen RELICS-ohjelman (Reionization Lensing Cluster Survey) aikana, jota johti toinen kirjoittaja Dan Coe Space Telescope Science Institutesta (STScI).

"Normaalisti näillä etäisyyksillä kokonaiset galaksit näyttävät pieniltä tahroilta, miljoonien tähtien valo sekoittuu yhteen", Welch sanoi. "Tätä tähteä isännöivä galaksin kuva on suurennettu ja vääristynyt gravitaatiolinssien avulla pitkäksi puolikuuksi, jolle annoimme nimen Auringonnousukaari.” Tutkittuaan galaksia yksityiskohtaisesti Welch päätteli, että sen yksi piirre on erittäin suurentunut tähti, jota hän kutsui Earendeliksi, mikä tarkoittaa "aamutähteä" vanhalla englannin kielellä. Löytö on lupaus tuntemattoman, hyvin varhaisten tähtien muodostumisen aikakauden avauksesta.

"Earendel oli olemassa niin kauan sitten, että siinä ei ehkä ollut kaikkia samoja alkuaineita kuin ympärillämme olevilla tähdillä nykyään", Welch selitti. "Earendelin tutkiminen on ikkuna universumin aikakauteen, jota emme tunne, mutta joka johti kaikkeen siihen mitä nykyisin tiedämme. Tuntuu kuin olisimme lukeneet todella mielenkiintoista kirjaa, mutta aloittaneet toisesta luvusta, ja nyt meillä on mahdollisuus nähdä, miten kaikki sai alkunsa”, Welch sanoi.

"On olemassa pitkäaikainen teoreettinen ennuste, että tähtien, jotka muodostuvat yksinomaan alkuräjähdyksen jälkeen syntyneistä alkuaineista – vedystä, heliumista ja vähäisistä määristä litiumia – pitäisi olla massiivisempia kuin nykyään muodostuvat tähdet", lisäsi ryhmän jäsen Erik Zackrisson, Uppsalan yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta. "Nämä ikiaikaiset tähdet, jotka tunnetaan populaatio III -tähtinä, ovat toistaiseksi jääneet havainnoijien ulkopuolelle, mutta ne voivat tulla havaittaviksi, jos niiden kuvat suurentuvat gravitaatiolinssin vaikutuksesta, kuten Earendel tapauksessa.”

Tutkimusryhmä arvioi, että Earendel on vähintään 50 auringonmassainen ja miljoonia kertoja kirkkaampi, mikä kilpailee massiivisimpien tunnettujen tähtien kanssa. Mutta edes tällaista loistavaa, erittäin suurimassaista tähteä olisi mahdoton nähdä niin suurelta etäisyydeltä ilman valtavan galaksijoukon, tässä tapauksessa WHL0137-08, joka sijaitsee meidän ja Earendelin välissä, tuottaman luonnollisen suurennuksen avulla. Galaksijoukon massa vääntää avaruuden kudosta luoden voimakkaan suurennuslasin, joka vääristää ja vahvistaa suuresti takanaan olevien kaukaisten kohteiden valoa.

Tämä ilmiö saa Earendel-tähden ponnahtamaan ulos kotigalaksinsa yleisestä hehkusta. Sen kirkkaus suurentuu tuhatkertaisesti tai enemmän. Tässä vaiheessa tähtitieteilijät eivät pysty määrittämään, onko Earendel kaksoistähti, mutta useimmissa massiivisissa tähdissä on ainakin yksi pienempi tähtikumppani.

Tähtitieteilijät odottavat, että Earendel pysyy erittäin suurena tulevina vuosina. NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope [1] havaitsee sitä myöhemmin vuonna 2022 [2]. Webbin suurta herkkyyttä infrapunavalolle tarvitaan saadaksemme lisätietoja Earendelistä, koska sen valo venyy (punasiirtymä) pitemmille infrapuna-aallonpituuksille universumin laajenemisen seurauksena.

"Webin kuvien ja spektrien avulla voimme vahvistaa, että Earendel on todella tähti, ja määrittää sen ikä, lämpötila, massa ja säde", selitti tiimin jäsen Jose Maria Diego Espanjan Instituto de Física de Cantabriasta. "Hubblen ja Webbin havaintojen yhdistäminen antaa meille mahdollisuuden tutkia myös galaksijoukon mikrolinssejä, jotka voivat sisältää eksoottisia kohteita, kuten muinaisia mustia aukkoja.

Earendelin koostumus kiinnostaa suuresti tähtitieteilijöitä, koska se muodostui ennen kuin maailmankaikkeus täyttyi peräkkäisten massiivisten tähtien sukupolvien tuottamilla raskailla alkuaineilla. Jos seurantatutkimukset osoittavat, että Earendel koostuu vain alkuperäisestä vedystä ja heliumista, se olisi ensimmäinen todiste legendaarisista populaatio III -tähdistä, joiden oletetaan olevan ensimmäisiä alkuräjähdyksen jälkeen muodostuneita tähtiä. Vaikka todennäköisyys on pieni, Welch myöntää, että se on silti houkutteleva.

"Webillä saatamme nähdä tähdet jopa kauempana kuin Earendel, mikä olisi uskomattoman jännittävää", Welch sanoi. "Palaamme ajassa niin pitkälle taaksepäin kuin voimme. Haluaisin nähdä Webbin rikkovan Earendelin etäisyysennätyksen.

 

Huomautuksia

[1] James Webb avaruusteleskooppi laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2021 Ariane 5 -raketilla Euroopan avaruuskeskuksesta Ranskan Guayanasta. James Webb Space Telescope on kansainvälinen projekti, jota NASA johtaa yhteistyössä ESAn ja Kanadan avaruusjärjestön kanssa.

[2] Earendeliä tullaan havaitsemaan James Webb -avaruusteleskoopilla osana sen havainnointiohjelmaa.



torstai 17. maaliskuuta 2022

JWST:n osapeilit on suunnattu

NASA kertoi eilen päivätyssä tiedotteessaan, että James Webb avaruusteleskoopin pääpeilin osapeilit on onnistuneesti suunnattu ja peili on valmiina havaintoihin. Niihin kuitenkin vielä kuluu aikaa, sillä tämän jälkeen on vuorossa varsinaisten havaintoinstrumenttien (lähi-infrapunaspektrografi NIRSPEC, keski-infrapuna instrumentti MIRI sekä lähi-infrapunakamera FGS/NIRISS ja raoton spektrografi) kohdistus ja säätö.

Pääpeilin osapeilit on onnistuneesti suunnattu. Tähdestä lähtevät säteet ovat difraktion aikaansaamia. Ne syntyvät apupeilin kiinnitysrakenteista, jotka sijaitsevat pääpeilin edessä. Difraktiosäteet eivät haittaa varsinaista havaintotyötä, sillä ainakin osa niistä voidaan poistaa kuvankäsittelyn keinoin.  Kuva NASA.


Pääpeilin säädön yhteydessä ei havaittu mitään kriittistä ongelmaa, eikä teleskoopin optiset pinnat ole pölyyntyneet laukaisuvaiheen aikana. Suuntaukseen käytettiin tähteä, jonka luettelotunnusta on 2MASS J17554042+6551277. Sen lisäksi, että kuvassa tähti näkyy hyvin kirkkaana, taustataivaalta erottuu huomattava joukkogalakseja ja jonkin verran tähtiä.

Kuva on otettu JWSP:n pääpeilin suuntaukseen tarkoitetulla erikoisoptiikalla, jota ei käytä varsinaisiin havaintoihin vaan ainoastaan suuntaukseen ja tarvittaessa huoltoon. Osapeileistä heijastuva valo on yhtä kirkas jokaisen osapeilin kohdalla, joka tarkoittaa sitä, että ne ovat oikeassa suunnassa ja kuvakenttä tulee olemaan tasaisesti valaistu varsinaisten tieteellisiä havaintoja tehtäessä. Kuva NASA.




torstai 3. maaliskuuta 2022

Daniel K. Inouye Solar Telescope aloitti tieteellisen toimintansa

Uusin aurinkoteleskooppi, Daniel K. Inouye Solar Telescope, on aloitta tieteellisen toimintansa 23 helmikuuta. Teleskooppi on kookkain aurinkoteleskooppi mitä tähän mennessä on rakennettu. Sen virallinen ensivalon kuva julkaistiin reiluvuosi sitten. Kuva oli otettu jo yli kaksi vuotta sitten. Ensivalon kuvan ottamisen jälkeen teleskooppia on hiottu tutkimuskelpoiseksi ja nyt se on siis valmistunut tutkijoiden käytettäväksi.

Auringonpilkut kuvattiin uudella aurinkoteleskoopilla. Kuva NSO/AURA/NSF.


Teleskoopin suuresta koosta ja uusimpien teknisten instrumentti ansiosta, sen erotuskyky on ennenäkemättömän tarkka. Pienimmät erotettavissa olevat yksityiskohdat Auringosta ovat luokkaa 20 km halkaisijaltaan. Näin suuri erotuskyky antaa tutkijoille mahdollisuuden selvittää Auringon toimintaa aivan uudella tasolla kuin tähän asti.

Ensimmäisen vuoden tieteellisten havaintojen lisäksi teleskoopin rakentajat tarkkailevat erityisesti tarkkailevat laitteistojen teknistä toimintaa. Jos jotakin ongelmaa ilmenee, ne joudutaan korjaamaan ennekuin tutkimusohjelmia voidaan jatkaa. Toisaalta, tätä edeltävä vaihe oli kaksi vuotta pitkä, joten ainakin suurimmat ja yleisimmät ongelmat ovat varmastikin tulleet korjattua.

Katso video uudesta aurinko-observatoriosta

keskiviikko 2. maaliskuuta 2022

“Lähin musta aukko”-järjestelmässä ei sittenkään ole mustaa aukkoa

eso2204fi — Tutkimustiedote 2. maaliskuuta 2022

Vuonna 2020 Euroopan eteläisen observatorion (ESO) tähtitieteilijöiden johtama tutkimusryhmä ilmoitti Maata lähimmästä mustasta aukosta, joka sijaitsee vain 1 000 valovuoden päässä HR 6819 -järjestelmässä. Muut tutkijat ovat kuitenkin kiistäneet heidän tutkimuksensa tulokset. Näihin kuuluu kansainvälinen KU Leuvenissa, Belgiassa toimiva tutkimusryhmä. Tänään julkaistussa tieteellisessä artikkelissa nämä kaksi tutkimusryhmää kertovat, että HR 6819:ssä ei itse asiassa olekaan mustaa aukkoa, vaan sen sijaan se on ”vampyyri”, joka on todellisuudessa kahden tähden järjestelmä sen kehityksen harvinaisessa ja lyhytaikaisessa vaiheessa.

Uusi tutkimus, jossa käytettiin ESO:n Very Large Telescope - ja Very Large Telescope -interferometrien tietoja, on paljastanut, että HR 6819, jonka aiemmin uskottiin olevan kolminkertainen järjestelmä, jossa on musta aukko, onkin itse asiassa kahden tähden järjestelmä, jossa ei ole mustaa aukkoa. Tutkijat, KU Leuven-ESO -tiimi, uskovat havainneensa tätä binäärijärjestelmää hetkessä sen jälkeen, kun yksi tähdistä oli imenyt kaasukehän kumppanistaan, ilmiötä, jota usein kutsutaan "tähtien vampyrismiksi". Tämän taiteilijan tekemä kuva osoittaa, miltä järjestelmä voisi näyttää; se koostuu ellipsisestä tähdestä, jonka ympärillä on kaasukiekko ("vampyyri" tähti etualalla) ja B-tyypin tähdestä, joka kaasukehä on riipiytynyt (tausta). Kuva ESO / L. Tie.

HR 6819:n alkuperäinen tutkimus keräsi laajalti lehdistön ja tutkijoiden huomiota. Thomas Rivinius, joka on Chilessä työskentelevä ESO:n tähtitieteilijä ja kyseisen artikkelin pääkirjoittaja, ei ollut yllättynyt tähtitiedeyhteisön reaktioista mustan aukon löytämiseen. ”Ei ole ainoastaan normaalia, vaan erityisen tarpeellista, että tuloksia arvioidaan kriittisesti”, hän sanoi, ”ja tulosta, joka kerää laajasti huomiota, vieläkin enemmän.

Rivinius ja hänen kollegansa olivat vakuuttuneita siitä, että paras selitys MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopin tekemille havainnoille oli, että HR 6819 oli kolmoisjärjestelmä. Siinä yksi tähti kiertää mustaa aukkoa 40 päivän välein ja toinen tähti on paljon kaukaisemmalla kiertoradalla. Julia Bodensteinerin johtamassa tutkimuksessa (silloin väitöskirjan tekijänä KU Leuvenissa Belgiassa), ehdotettiin kuitenkin toisenlaista selitystä samoille tiedoille: HR 6819 voisi olla myös järjestelmä, jossa onkin vain kaksi tähteä 40 päivän kiertoradalla eikä mustaa aukkoa lainkaan. Tämä vaihtoehtoinen skenaario tarkoittaisi sitä, että toinen tähti olisi aikaisemmin menettänyt suuren osan massastaan toiselle tähdelle.

Olimme saavuttaneet nykyisestä datasta saatavilla olevan tiedon rajan, joten jouduimme kääntymään erilaisen havainnointistrategian pariin, jotta pystyismme päättämään kahden tutkimusryhmän ehdottamien skenaarion välillä”, KU Leuvenin tutkija Abigail Frost, joka johti tänään Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistua uutta tutkimusta, sanoi.

Tämän arvoituksen ratkaisemiseksi nämä kaksi tutkimusryhmää työskentelivät yhdessä saadakseen uutta ja tarkempaa tietoa HR 6819:sta ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) avulla ja VLTI-interferometrillä. ”Ainoastaan VLTI pystyi antamaan meille juuri ne ratkaisevat tiedot, joita tarvitsimme erottaaksemme nämä kaksi selitystä toisistaan”, Dietrich Baade sanoi. Hän oli mukana sekä alkuperäisessä HR 6819-tutkimuksessa että uudessa Astronomy & Astrophysics lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Koska ei ollut järkevää pyytää samaa havaintoa toistamiseen, nämä kaksi ryhmää yhdistivät voimansa, mikä antoi heille mahdollisuuden yhdistää resurssinsa ja tietonsa selvittääkseen tämän järjestelmän todellisen luonteen.

Etsimämme vaihtoehdot olivat melko selkeitä, hyvin erilaisia toisistaan ja helposti erotettavissa oikealla instrumentilla”, Rivinius sanoi. ”Sovimme, että järjestelmässä oli kaksi valonlähdettä. Avoin kysymys oli, kiertävätkö ne toisiaan hyvin lähellä, kuten hajoavan tähden skenaariossa, vai ovatko ne kaukana toisistaan, kuten mustan aukon skenaariossa.”

Näiden kahden vaihtoehdon erottamiseksi tähtitieteilijät käyttivät sekä VLTI:n GRAVITY-instrumenttia, että ESO:n VLT:ssä olevaa Multi Unit Spectroscopic Explorer, eli MUSE-instrumenttia.

MUSE vahvisti, ettei laajemmalla kiertoradalla ollut kirkasta seuralaista, kun taas GRAVITYn suuren erotuskyvyn ansiosta pystyttiin erottamaan kaksi kirkasta valopistettä, joiden keskinäinen etäisyys on vain kolmannes Maan ja Auringon välisestä etäisyydestä”, Frost sanoi. ”Tämä tieto oli palapelin viimeinen pala, jonka avulla pääteltiin, että HR 6819 on kaksoistähtijärjestelmä, jossa ei ole mustaa aukkoa.”

Paras tulkintamme järjestelmästä tähän mennessä on, että havaitsemme tätä kaksoistähtijärjestelmää hieman sen jälkeen, kun toinen tähdistä oli riistänyt kaasukehän pois kumppanitähdestään. Tämä on läheisissä kaksoistähtijärjestelmissä yleinen tapahtuma, jota joskus kutsutaan yleisesti nimellä ”tähtien vampirismi”, Bodensteiner selitti. Hän on nyt ESO felow Saksassa ja yksi uuden tutkimuksen kirjoittajista. ”Samalla kun luovuttajatähdeltä riistettiin osa sen materiasta, niin vastaanottajatähti alkoi pyöriä nopeammin.”

Tällaisen keskinäisen vuorovaikutuksen jälkeisen hetken havaitseminen on erittäin vaikeaa, koska se on niin lyhytkestoinen”, Frost lisäsi. ”Tämä tekee HR 6819:n havainnoista erittäin jännittäviä, koska se on täydellinen kohde, jonka avulla voidaan tutkia, miten tämä vampirismi vaikuttaa massiivisten tähtien kehitykseen. Tämä puolestaan lisää tietoamme näihin kohteisiin liittyvistä ilmiöistä, kuten gravitaatioaalloista ja rajuista supernovaräjähdyksistä.”

Tämä juuri perustettu Leuven-ESO:n yhteinen tutkimusryhmä aikoo nyt seurata HR 6819:ää tarkemmin VLTI:n GRAVITY-instrumentin avulla. Tutkijat tulevat tekemään järjestelmästä yhteistä tutkimusta ymmärtääkseen paremmin sen kehitystä, ominaisuuksia. Tämän tiedon avulla tutkijat saavat lisää tietoa myös muista kaksoistähtijärjestelmistä.

Mustien aukkojen etsimisen osalta tutkimusryhmä pysyy optimistisena. ”Tähtien massaiset mustat aukot ovat luonteeltaan hyvin vaikeasti ymmärrettäviä”, Rivinius sanoi. ”Mutta suuruusarviona voidaan sanoa, että pelkästään Linnunradalla on kymmeniä tai satoja miljoonia mustia aukkoja”, Baade lisäsi. On vain ajan kysymys, kunnes tähtitieteilijät löytävät ne.

Huomautukset

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa “HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy” (DOI: 10.1051/0004-6361/202143004), joka ilmestyy Astronomy & Astrophysics julkaisussa.