Betelgeuse on kirkastunut

Orion tähdistössä oleva punainen jättiläinen, Betelgeuse, on kirkastunut merkittävästi. Sen kirkkaus on kasvanut 1,56-kertaiseksi aikaisemmasta. Kirkkauden vaihtelu punaiselle jättiläistähdelle ei ole mitenkään uutta, sillä ennen tähden siirtymistä supernovaksi, sen rakenteessa ja kemiassa tapahtuu voimakkaita muutoksia.

Betelgeuse on tähtitaivaalla tavallisesti kymmeneksi kirkkain tähti. Kirkastumisen myötä sen sijoitus on siirtynyt kohti kärkeä ja on nyt seitsemänneksi kirkkain. Kuva ALMA – ESO/NAOJ/NRAO, E/O'Gorman/P.Kervella.

Betelgeuse oli viimeksi otsikoissa vuosina 2019 – 2020, jolloin sen kirkkaus himmeni noin 25 %. Tämä himmeneminen johtui tähdestä sinkoutuneesta pölypilvestä, joka himmensi tähden valon määrää epätavallisen runsaasti. Sittemmin pilvi on laajentunut ja tähden kirkkaus on palautunut. Tutkijoiden mukaan pölypilven sinkoutumiseen avaruuteen liittyy tähden jaksollisten värähtelyjen muutos. Betelgeusesta on havaittu 5,9 vuoden ja noin 400 vuorokauden jaksot, joista jälkimmäinen on nyt muuttunut noin 200 vuorokauden pituiseksi.

Betelgeusessa tapahtuvat kirkkauden muutokset liittyvät tähden viimeistä vaihetta, supernovaa, ennen esiintyviin muutoksiin. Tähti on punaisessa jättiläistähtivaiheessa, joka on seurausta heliumin fuusion käynnistymisestä. Betelgeusen massa on himan alle 20 auringonmassaa, ja ikä noin 8 miljoonaa vuotta. Suuresta massasta johtuen tähden rakenne poikkeaa Auringon rakenteesta siten, että vedyn fuusion aikana sen ydin oli konvektiivinen. Helium-fuusion alettu ytimen konvektiivisuus on päättynyt ja tähti on laajentunut. Heliumytimen ulkopuolella on vetykerros, joka myös fuusioituu niiltä osin kuin lämpötila ja paine se mahdollistavat.

Ennen supernovaa, ytimessä syntyy useita kerroksia, joissa fuusioituva alkuaineen ovat eri kerroksissa. Näitä aineita ovat syntymisjärjestyksessä: hiili (konvektiivinen kerros), happi, magnesium, pii ja rauta. Rautaa raskaampien alkuaineiden fuusioituminen ei vapauta energia, vaan vaatii energiaa, joten ytimen energian tuotanto päättyy. Tästä on seurauksena ytimen luhistuminen ja koko tähti siirtyy lyhyeen mutta erittäin näyttävään supernovavaiheeseen. Supernovassa ulkokerrokset sinkoutuvat avaruuteen mutta ydin luhistuu hyvin tiiviiksi neutronitähdeksi tai mustaksi aukoksi.

Vaikka supernova onkin hyvin nopea tapahtuma, sitä edeltävät vaiheet vaativat oman aikansa. Nyt havaittu Betelgeusen kirkastuminen ei ole merkki siitä, että supernovavaihe olisi tulossa lähivuosina. Tutkijat arvioivat, että supernovavaihe voi olla mahdollinen seuraavan 100 000 vuoden kuluessa, mutta ei varmastikaan meidän elinaikanamme. Nykyinen kirkastuminen himmenee normaalitasolle ehkä vuosikymmenen kuluessa. Tulevaisuudessa (myös meidän elinaikanamme) tulemme näkemää lisää sekä himmenemisiä että kirkastumisia.

Sitten kun Betelgeusen supernovavaihe käynnistyy, ihmiskunta, jos se on edelleen tällä pallollamme, on hyvin edullisessa asemassa havaitsemassa sitä. Tähti on vain noin 600 valovuoden etäisyydellä. Tämä etäisyys on riittävä, jotta supernovan haitalliset vaikutukset eivät ulotu tänne asti, mutta olemme riittävän lähellä yksityiskohtaiseen havainnointiin.

Betelgeusen himmenemisestä on kerrottu Avaruusmagasiinissa tässä artikkelissa ja uutinen himmenemisen syystä tässä artikkelissa.

Webb löysi vettä ja uuden mysteerin harvinaiselta pääasteroidivyöhykkeen komeetalta

NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on mahdollistanut kauan etsityn tieteellisen läpimurron. Webbin NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) -instrumentin avulla tähtitieteilijät ovat löytäneet vesihöyryä komeetan ympärillä pääasteroidivyöhykkeellä. Havainto vahvistaa sen, että vesi alkuperäisestä Aurinkokunnasta voi säilyä jäänä kyseisellä alueella. Veden onnistuneeseen havaitsemiseen liittyy kuitenkin uusi arvoitus: toisin kuin muissa komeetoissa, komeetta 238P/Readissa ei ollut havaittavaa hiilidioksidia.

Tämä kuva komeetta 238P/Readista on otettu NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskoopin NIRCam-instrumentilla (Near-Infrared Camera) 8. syyskuuta 2022. Siinä näkyy utuinen halo, jota kutsutaan komaksi, ja pyrstö, jotka ovat tyypillisiä komeetoille, toisin kuin asteroideille. Pölyinen koma ja pyrstö ovat seurausta jään höyrystymisestä, kun Aurinko lämmittää komeettaa. Kuva ESA.

"Kostea maailmamme, joka on täynnä elämää ja joka on, sikäli kuin tiedämme, ainutlaatuinen maailmankaikkeudessa, on mysteeri – emme ole varmoja, miten kaikki tämä vesi joutui tänne", sanoi Stefanie Milam, Webbin planeettojen apulaisprojektitutkija. "Veden jakautumisen historian ymmärtäminen Aurinkokunnassa auttaa meitä ymmärtämään muita planeettajärjestelmiä ja voisivatko ne olla matkalla isännöimään Maan kaltaista planeettaa", hän lisäsi.

Read on pääasteroidivyöhykkeen kohde, jolla on ajoittain koma ja pyrstö kuten komeetoilla. Asteroidivyöhykkeen komeetat itsessään ovat melko uusi luokitus, ja komeetta Read oli yksi kolmesta alkuperäisestä komeetasta, joita käytettiin luokan perustamiseen. Ennen sitä komeettojen uskottiin olevan peräisin Kuiperin vyöhykkeestä ja Oortin pilvestä, Neptunuksen kiertoradan takaa, missä niiden jäät voi säilyä kauempana Auringosta. Jäätynyt materiaali, joka höyrystyy lähestyttäessä Aurinkoa, kehittää komeetoille niiden koman ja pyrstön, mikä erottaa ne asteroideista. Tiedemiehet ovat pitkään spekuloineet, että vesijää voisi säilyä lämpimämmällä asteroidivyöhykkeellä Jupiterin kiertoradan sisällä, mutta lopullista näyttöä oli vaikea saada – Webbiin asti.

"Olemme aiemmin nähneet päävyöhykkeellä kohteita, joilla on kaikki komeettojen ominaisuudet, mutta vain näiden Webbin tarkan spektritietojen perusteella voimme sanoa, että kyllä, vesijää on ehdottomasti se, joka luo tämän vaikutuksen", selitti tähtitieteilijä Michael Kelley. Marylandin yliopistosta, tutkimuksen johtava kirjoittaja.

"Webin Read-havainnoilla voimme nyt osoittaa, että varhaisen Aurinkokunnan vesijää voi säilyä asteroidivyöhykkeellä", Kelley sanoi.

Taiteilijan näkemys komeetta 238P/Readistä.  Pääasteroidivyöhykkeen komeetasta vesijää höyrystyy (sublimoituu), kun se kiertoradallaan lähestyy Aurinkoa. Tämä on merkittävää, sillä sublimaatio erottaa komeetat asteroideista luoden niiden erottuvan pyrstön ja utuisen halon eli koman. NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskoopin vesihöyryn havaitseminen Readistä on tärkeä vertailukohta asteroidivyöhykkeen komeettojen tutkimuksessa ja laajemmassa tutkimuksessa maan runsaan veden alkuperästä. Kuva ESA.

Hiilidioksidin puuttuminen oli suurempi yllätys. Tyypillisesti hiilidioksidi muodostaa noin 10 prosenttia komeetan haihtuvasta aineesta, joka voi helposti höyrystyä lämmön vaikutuksesta. Tiederyhmä esittää kaksi mahdollista selitystä hiilidioksidin puutteelle. Yksi mahdollisuus on, että Readissa oli hiilidioksidia muodostuessaan, mutta se on menettänyt sen lämmön vaikutuksesta.

"Pitkäaikainen asteroidivyöhykkeellä oleminen voisi tehdä sen - hiilidioksidi höyrystyy helpommin kuin vesijää ja voi sublimoitua miljardeissa vuosissa", Kelley sanoi. Vaihtoehtoisesti, hän sanoi, Read on saattanut muodostua Aurinkokunnan erityisen lämpimään taskuun, jossa hiilidioksidia ei ollut saatavilla.

Seuraava askel on laajentaa tutkimus muihin kohteisiin, jotta nähtäisiin, miten muut asteroidivyöhykkeen komeetat vertautuvat toisiinsa, sanoo tähtitieteilijä Heidi Hammel Astronomian yliopistojen liitosta (AURA). "Nämä kohteet asteroidivyöhykkeellä ovat pieniä ja himmeitä, ja Webbin avulla voimme vihdoin nähdä, mitä niillä tapahtuu, ja tehdä johtopäätöksiä. Puuttuuko myös muilta asteroidivyöhykkeen komeetoista hiilidioksidia? Joka tapauksessa se on jännittävää saada selville”, Hammel sanoi.

Stefanie Milam kuvittelee mahdollisuuksia tuoda tutkimus vielä lähemmäs kotia. "Nyt kun Webb on vahvistanut, että vettä on säilynyt yhtä lähellä kuin asteroidivyöhyke, olisi mielenkiintoista seurata tätä löytöä näytteenottotehtävällä ja oppia, mitä muuta päävyöhykkeen komeetat voivat kertoa meille."

Tutkimus on julkaistu Nature -lehdessä (maksumuuri).

JUICEn RIME-anteeni aukesi viimein

ESAn Jupiteriin matkaava JUICE-luotaimen RIME-antennipuomi on viimein onnistuttu vapauttamaan kiinnikkeistään.

ESAn insinöörit ovat yli kolmeviikkoa yrittäneet erilaisilla keinoilla vapauttaa kiinnijuuttunutta pientä sokkaan, joka esti 16 metristä antennia avautumasta täyteen pituutensa. Keinot olivat luotaimen ravistelua ohjausraketeilla, sen kääntämistä asentoon, jossa auringonvalo lämmitti antennin kiinnityslaitetta ja lopulta täräyttämällä ns. ‘non-explosive actuator’ (NEA) -laitteella kiinnitysjärjestelmää.

Tässä kaaviossa on esitetty JUICEn havaintoinstrumentit, joita on kaikkiaan kymmenen. RIME on 16 metriä pitkä antenni, jolla havaitaan kuiden jäisen pinnan rakennetta aina 9 km syvyyteen asti.
Kuva ESA.

Irrotusyritysten aikana nähtiin, että antennit liikahtivat aina hieman eteenpäin mutta lopullinen irtoaminen saatiin viimein aikaan tällä erityisellä toimilaitteella. Itse asiassa ensimmäinen täräytys irrotti antennin muut osat mutta ei viimeistä palaa, joka vaati vielä toisen täräytyksen.

RIME-antenni on merkittävässä osassa Jupiterin kuiden pintarakenteiden havaitsemisessa. Laitteiston nimi on Radar for Icy Moons Exploration (RIME) ja se ilmaisee sen, että kyse on tutkasta, jolla voidaan kartoittaa kuiden jäisen pintakerroksen rakennetta. Laitteiston tutkaussyvyys on aina 9 km asti.

ESO:n teleskooppi on paljastanut piilossa olleet näkymät valtaviin tähtien syntyalueisiin

eso2307fi — Valokuvan julkistus, suomennos Pasi Nurmi, Turun yliopisto

Tähtitieteilijät ovat ESO:n Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy, eli VISTA-teleskoopin avulla koonneet viidestä läheisestä tähtien syntyalueesta infrapuna-alueen katalogin kokoamalla yhteen yli miljoona kuvaa. Näissä suurissa mosaiikkikuvissa näkyy nuoria tähtiä paksuihin pölypilviin peittyneinä. Näiden havaintojen ansiosta tähtitieteilijöillä on ainutlaatuinen aineisto tähtien syntymän monimutkaisen pulman ratkaisemiselle.

Tässä kuvassa näkyy Käärmeenkantajan tähdistössä L1688-alue, jossa muodostuu uusia tähtiä värikkäissä kaasu- ja pölypilvissä. Tämän kuvan taustalla olevat infrapunahavainnot paljastavat uusia yksityiskohtia tähtienmuodostusalueilla, jotka ovat yleensä pölypilvien peittämiä. Kuva on tuotettu VIRCAM -laitteen keräämällä tiedolla, joka on kiinnitetty VISTA- teleskooppiin ESO:n Paranalin observatoriossa Chilessä. Havainnot tehtiin osana VISIONS -tutkimusta, jonka avulla tähtitieteilijät voivat paremmin ymmärtää, kuinka tähdet muodostuvat pöly- ja kaasupilvissä. 

Kuva ESO/Meingast & al.

"Näissä kuvissa voimme nähdä kaikkein himmeimmätkin valonlähteet, kuten Aurinkoa huomattavasti pienemmät tähdet paljastaen kohteita, joita kukaan ei ole koskaan aiemmin nähnyt", sanoi Itävallan Wienin yliopiston tähtitieteilijä Stefan Meingast ja tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistun uuden tutkimuksen pääkirjoittaja. "Tämä auttaa meitä ymmärtämään niitä prosesseja, jotka muuttavat kaasun ja pölyn tähdiksi".

Tähdet muodostuvat, kun kaasu- ja pölypilvet romahtavat oman painovoimansa alla. Kuitenkaan yksityiskohtia siitä, miten tämä tapahtuu, ei täysin ymmärretä. Kuinka monta tähteä pilvestä syntyy? Kuinka isoja ne ovat? Kuinka monella tähdellä on myös planeettoja?

Vastatakseen näihin kysymyksiin Meingastin tutkimusryhmä tutki viittä läheistä tähtien syntyaluetta ESO:n Chilessä Paranalin observatoriolla sijaitsevalla VISTA-teleskoopilla. Tutkimusryhmä havaitsi VISTAn infrapunakamera VIRCAMin avulla syvältä pölypilvien sisältä tulevaa valoa. "Pöly peittää nämä nuoret tähdet meidän katseeltamme, jolloin ne ovat käytännössä silmillemme näkymättömiä. Voimme katsoa syvälle näihin pilviin vain infrapuna-aallonpituudella ja tutkia tähtien muodostumista", kertoi Alena Rottensteiner, tohtoriopiskelija myös Wienin yliopistosta ja yksi tutkimuksen tekijöistä.

VISIONS-nimisessä taivaankartoituksessa havaittiin tähtien syntyalueita Orionin, Käärmeenkantajan, Kameleontin, Etelän kruunun ja Suden tähdistöissä. Nämä alueet ovat alle 1 500 valovuoden päässä meistä ja niin suuria, että ne ulottuvat valtavalle taivaanalueelle. VIRCAMin kuvakentän halkaisija on 1,5 astetta, mikä sopii ainutlaatuisesti näiden valtavien alueiden kartoittamiseen.

Tutkimusryhmä otti yli miljoona kuvaa viiden vuoden aikana. Yksittäiset kuvat koostettiin tässä julkaistuiksi suuriksi mosaiikkikuviksi, jotka paljastavat valtavat kosmiset maisemat. Näissä tarkoissa panoraamakuvissa näkyy tummaa pölyä, hehkuvia pilviä, vastasyntyneitä tähtiä ja kaukaisia Linnunradan taustatähtiä.

Koska samoja alueita havaittiin toistuvasti, tähtitieteilijät pystyivät tutkimaan, kuinka nuoret tähdet liikkuvat. "Seuraamme VISIONSin avulla näitä tähtiä useiden vuosien ajan, jolloin pystymme mittaamaan niiden liikettä ja oppimaan, miten ne lähtevät kotipilvistään", kertoi Wienin yliopiston tähtitieteilijä João Alves ja VISIONsin päätutkija. Tehtävä ei ole helppo, sillä tähtien näennäinen liike Maasta käsin tarkasteltuna on yhtä pieni kuin hiuksen paksuus 10 kilometrin päästä nähtynä. Nämä tähtien liikkeiden mittaukset täydentävät Euroopan avaruusjärjestön (ESA) Gaia-luotaimen näkyvillä aallonpituuksilla tekemiä mittauksia tilanteissa, joissa nuoret tähdet peittyvät paksujen pölypilvien taakse.

VISIONS- kartasto pitää tähtitieteilijät kiireisinä vielä vuosia. "Tällä on tähtitieteen yhteisölle merkittävä pitkäkestoinen arvo, minkä vuoksi ESO tukee VISIONSin tapaisia yleisiä taivaankartoituksia", sanoi Monika Petr-Gotzens, ESO:n tähtitieteilijä Garchingissa Saksassa ja tämän tutkimuksen kirjoittaja. Lisäksi VISIONS luo pohjan muilla teleskoopeilla tehtäville tulevaisuuden havainnoille, kuten ESO:n Erittäin suurelle kaukoputkelle (ELT). Sitä rakennetaan parhaillaan Chilessä, ja se aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä. "ELT:n avulla voimme zoomata tietyille alueille ja nähdä upeita yksityiskohta. Pystymme siten näkemään lähikuvia siellä parhaillaan muodostuvista yksittäisistä tähdistä", päätti Meingast lopuksi.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “VISIONS: The VISTA Star Formation Atlas”, joka on julkaistu Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202245771) lehdessä.

 

Tähtitieteilijät ovat löytäneet kaukaisista kaasupilvistä ensimmäisten tähtien jättämiä kemiallisia jälkiä

eso2306fi — Tutkimustiedote, suomennos Pasi Nurmi, Turun yliopisto

Tutkijat ovat löytäneet ESO:n VLT-kaukoputken (Very Large Telescope) avulla ensimmäistä kertaa merkkejä ensimmäisten tähtien räjähdysten jäänteistä. He havaitsivat kolmea kaukaista kaasupilveä, joiden koostumus vastaa sitä, mitä odotamme ensimmäisten tähtien räjähdysten jäänteiltä. Havainnot auttavat meitä ymmärtämään paremmin alkuräjähdyksen jälkeen muodostuneiden ensimmäisten tähtien ominaisuuksia.

Tässä taiteilijan tekemässä kuvassa on kaukainen kaasupilvi, joka sisältää erilaisia alkuaineita. Kuvassa on myös piirroksia eri atomeista. Tähtitieteilijät ovat ESO:n VLT-kaukoputken (Very Large Telescope) avulla havainneet kolmea kaukaista kaasupilveä, joiden kemiallinen koostumus vastaa sitä, mitä odotamme ensimmäisiltä maailmankaikkeuteen ilmestyneiden tähtien räjähdyksiltä. Kuva ESO/L. Calçada, M. Kornmesser.

"Olemme ensimmäistä kertaa pystyneet tunnistamaan ensimmäisten tähtien räjähdysten kemialliset jäljet hyvin kaukaisissa kaasupilvissä", kertoi Observatoire de Paris - PSL:n tohtoriopiskelija Andrea Saccardi, joka oli tämän tutkimuksen päätekijänä Firenzen yliopistosta maisterityönsä aikana.

Tutkijoiden mukaan maailmankaikkeuteen muodostuneet ensimmäiset tähdet olivat hyvin erilaisia kuin ne, joita näemme nykyään. Niiden ilmestyttyä maailmankaikkeuteen 13,5 miljardia vuotta sitten, ne sisälsivät vain vetyä ja heliumia, jotka ovat luonnossa esiintyvistä alkuaineista yksinkertaisimpia [1]. Nämä tähdet, joiden arvellaan olleen kymmeniä tai satoja kertoja Aurinkoamme suurempia, ja katosivat nopeasti supernovaksi kutsutuissa voimakkaissa räjähdyksissä. 

Supernovien jäännökset rikastuttivat ympäröivää kaasua ensimmäistä kertaa raskaammilla alkuaineilla. Tuosta rikastetusta kaasusta syntyi myöhemmin uusia tähtisukupolvia, jotka puolestaan levittivät kuollessaan raskaampia alkuaineita ympäristöönsä. Ensimmäiset tähdet ovat kuitenkin jo hävinneet kauan sitten, joten miten tutkijat voivat saada niistä tietoa? "Varhaisia tähtiä voidaan tutkia epäsuorasti havaitsemalla alkuaineita, joita ne ovat levittäneet ympäristöönsä supernovina", sanoi Stefania Salvadori, Florencen yliopiston apulaisprofessori ja yksi Astrophysical Journal -lehdessä julkaistun tutkimuksen kirjoittajista.

Chilessä sijaitsevan ESO:n VLT:llä otetun datan avulla tutkimusryhmä löysi kolme hyvin kaukaista kaasupilveä ajalta, jolloin universumi oli vain 10–15 prosenttia nykyisestä iästään. Ryhmä havaitsi kemiallisen sormenjäljen, joka vastaa sitä, mitä ensimmäisten tähtien räjähdyksiltä odotamme. Näiden alkutähtien massasta ja niiden räjähdysten energiasta riippuen näistä ensimmäisistä supernovista vapautui ympäristöönsä erilaisia alkuaineita, kuten hiiltä, happea ja magnesiumia, joita on tähtien ulkokerroksissa. Osa näistä räjähdyksistä ei kuitenkaan ollut tarpeeksi voimakkaita raskaampien alkuaineiden levittämiselle, kuten raudalle, jota esiintyy vain tähtien ytimessä. 

Etsiäkseen paljastavia merkkejä näistä ensimmäisistä tähdistä, jotka räjähtivät matalan energian supernovina, tutkimusryhmä etsi sellaisia kaukaisia kaasupilviä, joissa on vähän rautaa, mutta runsaasti muita alkuaineita. He havaitsivat juuri tämän, eli kolme kaukaista varhaisen universumin pilveä, joissa oli hyvin vähän rautaa, mutta runsaasti hiiltä ja muita alkuaineita. Tämä oli ensimmäisten tähtien räjähdysten kemiallinen jälki.

Myös monissa oman galaksimme vanhoissa tähdissä on havaittu sama erikoinen kemiallinen koostumus. Tutkijat kutsuvat näitä toisen sukupolven tähdiksi, jotka ovat muodostuneet suoraan ensimmäisten tähtien 'tuhkasta'. Tässä esitellyssä tutkimuksessa vastaavaa 'tuhkaa' on löydetty varhaisesta maailmankaikkeudesta, mikä on lisännyt palapeliin siitä puuttuvan palan. "Löytömme avaa uusia mahdollisuuksia tutkia epäsuorasti ensimmäisten tähtien ominaisuuksia samalla täydentäen tutkimuksia oman galaksimme tähdistä", kertoi Salvadori.

Havaitakseen ja tutkiakseen näitä kaukaisia kaasupilviä tutkimusryhmä hyödynsi kvasaareina tunnettuja valomajakoita. Ne ovat hyvin kirkkaita kohteita, joiden energianlähteenä ovat kaukaisten galaksien keskustoissa olevat supermassiiviset mustat aukot. Kvasaarin valon kulkiessa maailmankaikkeuden läpi, se kulkee myös kaasupilvien läpi, joissa olevat eri alkuaineet jättävät jälkiä valoon.

Näiden kemiallisten jälkien löytämiseksi tutkimusryhmä analysoi useista kvasaareista kerättyjä tietoja, jotka oli havaittu ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentilla. X-shooter hajottaa valon useisiin eri aallonpituuksiin, eli väreihin, mikä tekee siitä ainutlaatuisen instrumentin, jonka avulla näissä kaukaisissa pilvissä olevia eri alkuaineita voidaan tunnistaa.

Tämä tutkimus avaa uusia näkymiä seuraavan sukupolven teleskoopeille ja instrumenteille, kuten ESO:n tulevalle Erittäin suurelle kaukoputkelle (ELT) ja sen korkean resoluution ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, ANDES-instrumentille. "ELT:n ANDES:in avulla voimme tutkia näitä harvinaisia kaasupilviä tarkemmin, ja pystymme vihdoin selvittämään ensimmäisten tähtien salaperäistä luonnetta", totesi Italian kansallisen Astrofysiikan laitoksen tutkija Valentina D’Odorico lopuksi.

 

Huomautukset

[1] Alkuräjähdyksen jälkeen ensimmäisten minuuttien aikana maailmankaikkeudessa oli vain kolmea kevyintä alkuainetta: vetyä, heliumia ja hieman litiumia. Raskaammat alkuaineet muodostuivat tähdissä paljon myöhemmin.

 

Tässä esitelty tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -lehden artikkelissa (DOI 10.3847/1538-4357/acc39f).

  

Ensimmäinen suora kuva mustasta aukosta, josta lähtee voimakas suihku

 eso2305fi — Tutkimustiedote, suomennos Pasi Nurmi, Turun yliopisto

Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa havainneet samassa kuvassa Messier 87-galaksin (M87) keskellä olevan mustan aukon varjon ja siitä lähtevän voimakkaan suihkun. Havainnot on tehty vuonna 2018 seuraavilla teleskoopeilla: Global Millimetre VLBI Array (GMVA), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on mukana kumppanina, ja Greenland Telescope (GLT). Uuden kuvan ansiosta tähtitieteilijät ymmärtävät nyt paremmin, miten mustat aukot voivat saada tällaisia voimakkaita suihkuja aikaiseksi.

Kuvassa näkyy ensimmäistä kertaa yhdessä mustan aukon suihku ja varjo M87-galaksin keskustassa. Havainnot on otettu Global Millimetre VLBI Array (GMVA),  Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) teleskoopilla, jonka kumppani ESO on, ja Greenland Telescopella. Kuva antaa tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää, miten voimakas suihku on muodostunut. Uudet havainnot paljastivat myös, että mustan aukon rengasrakenne, joka näkyy kuvan suurennoksessa, on 50 prosenttia suurempi kuin lyhyemmillä aallonpituukisilla havaitussa Event Horizon Telescope (EHT) kuvassa. Tämä viittaa siihen, että uudessa kuvassa näkyy enemmän mustaan aukkoon putoavaa materiaa kuin mitä EHT:n avulla pystyttiin näkemään. Kuva R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).

Useimpien galaksien keskellä on supermassiivinen musta aukko. Vaikka mustat aukot tunnetaan niiden kyvystä imaista ainetta niiden välittömästä ympäristöstään, ne voivat myös saada aikaiseksi voimakkaita ainesuihkuja, jotka ulottuvat aina galaksien ulkopuolelle saakka. Se, miten mustat aukot luovat näin valtavia suihkuja, on ollut tähtitieteessä pitkäaikainen ongelma. "Tiedämme, että suihkut saavat alkunsa mustia aukkoja ympäröivältä alueelta", sanoi Ru-Sen Lu Shanghain tähtitieteellisestä observatoriosta Kiinasta, "mutta emme vieläkään täysin ymmärrä, miten tämä todella tapahtuu. Jotta voimme tutkia tätä suoraan, meidän on seurattava suihkun alkuperää mahdollisimman lähelle mustaa aukkoa".

Tänään julkaistussa uudessa kuvassa näkyy ensimmäistä kertaa juuri se, miten suihkun lähtökohta yhdistyy supermassiivisen mustan aukon ympärillä pyörivään aineeseen. Kohteena on galaksi M87, joka sijaitsee 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä kosmisessa naapurustossamme. M87 galaksissa on musta aukko, joka on 6,5 miljardia kertaa Aurinkoa massiivisempi. Aikaisemmissa havainnoissa oli onnistuttu kuvaamaan mustan aukon ja suihkun lähellä olevat alueet erikseen, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun molemmat on havaittu yhdessä. "Tämä uusi kuva selventää tilannetta näyttämällä mustan aukon ja suihkun ympärillä olevan alueen samanaikaisesti", lisäsi Jae-Young Kim Saksan Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutista.

Kuva on otettu GMVA:n, ALMA:n ja GLT:n avulla, jotka muodostavat maailmanlaajuisen radioteleskooppien verkoston, joka toimii yhdessä virtuaalisena Maan kokoisena teleskooppina. Näin suuri verkosto voi havaita M87:n mustan aukon ympärillä olevalla alueella hyvin pieniä yksityiskohtia.

Uudessa kuvassa näkyy mustan aukon läheltä muodostuva suihku sekä se, mitä tutkijat kutsuvat mustan aukon varjoksi. Kun aine kiertää mustaa aukkoa, se kuumenee ja lähettää valoa. Musta aukko taivuttaa ja vangitsee osan tästä valosta luoden Maasta nähtynä kehämäisen rakenteen mustan aukon ympärille. Kehän keskellä oleva pimeä alue on mustan aukon varjo, jonka Event Horizon Telescope (EHT) kuvasi ensimmäisen kerran vuonna 2017. Sekä tässä uudessa kuvassa, että EHT:n kuvassa on yhdistetty useiden eri puolilla maailmaa sijaitsevien radioteleskooppien datat, mutta tänään julkaistun kuvan radiosäteilyn aallonpituus on pidempi kuin EHT:n kuvassa, eli 3,5 mm 1,3 mm:n sijaan. "Tällä aallonpituudella voimme nähdä, miten suihku saa alkunsa supermassiivisen mustan aukon ympärillä olevasta emissiorenkaasta", sanoi Thomas Krichbaum Max Planckin radioastronomian instituutista.

GMVA-verkon havaitseman renkaan koko on noin 50 prosenttia suurempi kuin Event Horizon Telescope -kuvassa. "Ymmärtääksemme isomman ja paksumman renkaan fyysisen alkuperän jouduimme testaamaan erilaisia skenaarioita tietokonesimulaatioiden avulla", kertoi Keiichi Asada Taiwanin Academia Sinicasta. Tulokset viittaavat siihen, että uusi kuva paljastaa enemmän mustaa aukkoa kohti putoavaa materiaa kuin mitä EHT:llä voitiin havaita.

Nämä uudet havainnot M87:n mustasta aukosta tehtiin vuonna 2018 GMVA:lla, joka koostuu 14 radioteleskoopista Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa ^[1]. Lisäksi GMVA:han liitettiin kaksi muuta tutkimusyksikköä: Greenland Telescope ja ALMA, jonka kumppani ESO on. ALMA koostuu Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevasta 66 antennista, ja sillä oli näissä havainnoissa keskeinen rooli. Näiden kaikkien ympäri maailmaa sijaitsevien teleskooppien keräämät tiedot yhdistetään interferometriaksi kutsutulla tekniikalla, joka synkronoi kunkin yksittäisen laitoksen ottamat signaalit. Jotta havaittavan kohteen todellinen muoto saadaan kunnolla selvitettyä, on tärkeää, että kaukoputket ovat sijoittuneena kaikkialle maapallolla. GMVA-teleskoopit ovat pääosin itä-länsi-suunnassa, joten ALMA:n olemassaolo eteläisellä pallonpuoliskolla osoittautui välttämättömäksi, jotta kuva M87:n mustan aukon suihkusta ja varjosta saatiin otettua. "ALMA:n sijainnin ja herkkyyden ansiosta pystyimme paljastamaan mustan aukon varjon ja katsoa syvemmälle suihkuun samanaikaisesti", Lu kertoi.

Tämän teleskooppiverkoston avulla tulevaisuudessa tehtävillä havainnoilla voidaan selvittää, kuinka supermassiiviset mustat aukot saavat aikaiseksi näitä voimakkaita suihkuja. "Aiomme havaita M87:n keskustassa olevaa mustaa aukkoa radioalueella eri aallonpituuksilla tutkiaksemme lisää suihkun lähettämää emissiota", kertoi Eduardo Ros Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutista. Yhtä aikaa tehtävät havainnot antaisivat tutkimusryhmälle mahdollisuuden eritellä supermassiivinen musta aukon lähellä olevia monimutkaisia prosesseja. "Tulevat vuodet tulevat olemaan jännittäviä, kun saamme lisää tietoa siitä, mitä yhdellä maailmankaikkeuden salaperäisimmistä alueista tapahtuu", Ros totesi lopuksi.

M87. Kuva ESO.

Galaksi M87

Messier 87 (M87) on valtava elliptinen galaksi, joka sijaitsee noin 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta ja sijaitsee Neitsyen tähdistössä. Charles Messier löysi sen vuonna 1781, mutta se tunnistettiin galaksiksi vasta 1900-luvulla. Sen massa on kaksinkertainen oman galaksimme Linnunradan massaan verrattuna, ja siinä on jopa kymmenen kertaa enemmän tähtiä. Galaksi on läheisistä galakseista suurimpia. Pelkän kokonsa lisäksi M87:llä on hyvin ainutlaatuisia ominaisuuksia. Sillä on esimerkiksi poikkeuksellisen paljon pallomaisia tähtijoukkoja. Linnunradallamme niitä on alle 200, mutta M87:llä niitä on noin 12 000, minkä jotkut tutkijat arvelevat johtuvan siitä, että se on kerännyt ne pienemmiltä naapureiltaan.

Aivan kuten kaikilla muillakin suurilla galakseilla M87:n keskellä on supermassiivinen musta aukko. Galaksin keskustan mustan aukon massa liittyy koko galaksin massaan, joten ei pitäisi olla yllättävää, että M87:n musta aukko on yksi massiivisimmista tunnetuista aukoista. Musta aukko voi myös selittää yhden galaksin energisimmistä piirteistä, eli relativistisen suihkun, joka sinkoutuu ulos lähes valon nopeudella.

Musta aukko oli Event Horizon Telescope havaintolaitteen tekemien mullistavien havaintojen kohteena. Kohde valikoitui EHT:n havaintojen kohteeksi kahdesta syystä. Vaikka EHT:n erotuskyky on uskomaton, niin silläkin on rajansa. Koska massiiviset mustat aukot ovat myös halkaisijaltaan suurempia, niin M87:n keskustan musta aukko oli poikkeuksellisen suuri kohde. Tämä tarkoittaa sitä, että se voitaisiin kuvata helpommin kuin lähempänä olevat pienemmät mustat aukot. Toinen syy sen valintaan oli kuitenkin selvästi tavallisempi. Planeetaltamme katsottuna M87 on melko lähellä taivaan ekvaattoria, minkä ansiosta se näkyy suurimmalla osalla pohjoista ja eteläistä pallonpuoliskoa. Tämä maksimoi EHT:n käytettävissä olevien havaintolaitteiden määrän, jotka voisivat tarkkailla sitä lisäten lopullisen kuvan resoluutiota.

Kuva on otettu ESO:n Very Large Telescope, eli VLT:n FORS2-instrumentilla osana Cosmic Gems-ohjelmaa, joka on tieteen näkyvyyden edistämiseksi tehty aloite, jossa ESO:n teleskoopit ottavat kuvia kiinnostavista, kiehtovista tai visuaalisesti näyttävistä kohteista koulutuksen ja yleisön tavoittamiseksi. Ohjelma hyödyntää teleskooppiaikaa, jota ei voi käyttää tieteellisiin havainnointiin, ja sen avulla saadaan otettua henkeäsalpaavia kuvia joistakin yötaivaan upeimmista kohteista. Jos kerätystä datasta voi olla hyötyä myös tulevissa tieteellisissä tarkoituksissa, havainnot tallennetaan ja saatetaan tähtitieteilijöiden saataville ESO:n tiedearkiston kautta.

Huomautukset

[1] Korean VLBI-verkosto on nyt myös osa GVVA:ta, mutta se ei osallistunut tässä esitettyihin havaintoihin.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus on julkaistu artikkelissa "A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet", joka julkaistaan Nature lehdessä (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).

 

SpaceX yhtiön Starship 1 -kantoraketin testilähtö onnistui mutta lento epäonnistui

Falcon 9 -kantoraketeistaan tunnettu SpaceX -yhtiö onnistui lähettää uusimman ja samalla voimakkaimman Starship 1 -kantoraketin ensimmäiselle testilennolle 20.4.2023 kello 16.34 Suomen aikaa. Laukaisuikkuna oli avautunut muutama minuutti aikaisemmin. Lähtölaskenta sujui suunnitelmien mukaan mutta lähtöä seuraamassa ollut SpaceX -yhtiön henkilökunta ja lehtimiehet sekä kauempaa seurannut yleisö kokivat kuumottavia hetkiä, kun lähtölaskenta keskeytettiin -40 sekunnin kohdalla viimeisiä tarkistuksia varten. Keskeytys oli suunniteltu mutta odottavan aika oli pitkä ja kun laskenta jatkui, yleisön riemu oli korvia huumaava.

Spaceship 1 -kantoraketti on tässä vaiheessa lentänyt 17 sekuntia. pari minuuttia myöhemmin se räjähti. Kuva SpaceX.

Lähtö sinällään oli jo jännittävä mutta yleisö ja SpaceX:n henkilökunta sai sykkeet nousemaan, kun kantoraketti räjähti juuri ennen kuin Starship-aluksen piti irrota ensimmäisestä vaiheesta. Syytä räjähdykseen ei toistaiseksi tiedetä. Elon Musk tiedotti Tvitter-tilillään, että muutaman kuukauden kuluttua yritetään testilentoa uudelleen.

Starship-kantoraketti koostuu kahdesta osasta. Ylimpänä vaiheena on Starship alus, jolla on pituutta 50 metriä, halkaisija on 9 metriä ja hyötykuormakapasiteetti matalalle kiertoradalle on jopa 150 tonnia. Alus on SpaceX-yhtiön muiden alusten tapaan uudelleen käytettävä ja ajoaineena se käyttää metaania ja nesteytettyä happea. Aluksessa on kolme Raptor ja kolme Raptor Vacuum moottoria (RVAC). Jälkimmäiset moottorit ovat halkaisijaltaan 2,3 metriä ja korkeutta niillä on 4,6 metriä.

Alempiosa, siis raketin ensimmäinen vaihe on Super Heavy, jonka pituus on 69 metriä, halkaisija 9 metriä ja se sisältää ajoainetta (CH₄ ja LOX) 3 400 tonnia. Rakettimoottoreita on 34 kappaletta, joiden suuttimien halkaisija on 1,9 metriä ja korkeutta 3,1 metriä. Tämä alempikin osa on uudelleen käytettävä.

Starship-aluksesta on tarkoitus valmistaa kaksi versiota: toinen miehitettyjä lentoja varten ja toinen rahtiversio. SpaceX:n tarkoitus on osallistua lähivuosina Kuuhun suuntautuvien miehitettyjen lentojen toteuttamiseen ja Starship-alus on suunnitelmissa toimia Kuuhun laskeutumisaluksena. Yhtiön suunnitelmissa on osallistua myös Marsiin suuntautuville lennoille, mutta aika näyttää toteutuuko aikomukset ja jos, niin millä aluksella.

Starship-aluksen silmiinpistävä osa on sen siivekkeet niin ylä- kuin alapäässä. Siivekkeet ovat myös ohjattavissa ja niillä säädellään laskeutuvan aluksen asentoa ja laskeutumisvauhtia. Siivekkeiden lämpötila pyrkii kohoamaan erittäin suureksi laskeutumisen aikana, joten ne ovat valmistettu erittäin hyvin kuumuutta ja kuormitusta kestävästä aineesta. Lisäksi aluksen nokkakartio ja siivekkeiden tyviosat ovat vielä suojattu erityisillä keraamisilla lämpösuojilla

Starhip-alus olisi tällä testilennolla tehnyt vain yhden kierroksen maapallon ympäri, jolloin lentoaika olisi muodostunut vain 90 minuutiksi. Laskeutumien suunniteltiin tapahtuvaksi tällä kertaa mereen, vaikka alus kykeneekin laskeutumaan myös maalle. Aikaisemmilla testilennoilla laskeutumisessa maalle on ollut ongelmia.

SpaceX-yhtiö operoi Meksikonlahden länsirannalla läheltä Meksikon rajaa sijaitsevasta Boca Chica -alueella (Cameron County) sijaitsevalta Spacebase-nimisestä avaruuslentojen lähtökeskuksesta. Yhtiön ohjauskeskus on muutaman kilometrin länteen laukaisualueelta. Laukaisukeskus on sijainniltaan edullinen, sillä lähtevien rakettien epäonnistuessa putoavat raketin osat päätyvät Meksikonlahteen. Spacebase on suunnilleen samalla leveysasteella kuin Nasan käyttämä Cape Kennedy ja Cape Canaveral.

 

Oumuamuan salaisuus paljastui

Lokakuun 19. päivänä 2017 Pan-STARRS1-teleskoopilla (Maui-saarella Havaijilla) tehtiin odottamaton löytö. Aurinkokuntaamme oli tullut pieni kappale, jonka alkuperäksi paljastui tähtienvälinen avaruus. Kappaleen nopeus oli noin 87 km/s, joka oli aivan liian suuri Aurinkokuntaan kuuluvalle kappaleelle.

Taiteilijan näkemys tähtienvälisestä komeetasta 'Oumuamuasta, kun se lähestyessään Aurinkoa ja lämmetessään vapautti vetyä (kuvassa valkoista sumua). Vapautunut vety muutti hieman kappaleen kiertorataa ja vauhtia. Komeetta, joka on todennäköisimmin pannukakun muotoinen, on pölyjyvien lisäksi ensimmäinen tunnettu esine, joka vieraili Aurinkokunnassamme tähtienvälisestä avaruudesta. (Kuva NASA, ESA ja Joseph Olmsted ja Frank Summers, STScI).

Havainnot osoittivat, että kappaleen kirkkaus vaihteli 1:12, joka merkitsi sitä, että sen muoto täytyi olla jotenkin omituinen. Pyöreän tai soikean kappaleen kirkkaus ei vaihtele noin voimakkaasti. Tutkimus paljasti, että sen muoto täytyy olla joko sikarin tai kuten myöhemmin vahvistui, lähes (amerikkalaisen)pannukakun muotoinen ja sen kooksi arvioitiin 115 × 111 × 19 metriä. Koska kappale on pieni, ilmoitetut luvut ovat vain suuntaa antavia.

Ensimmäiset havainnot eivät osoittaneen sen paremmin komaa kuin pyrstöäkään, joten kappale oli mitä suurimmalla todennäköisyydellä asteroidin kaltainen kivipintainen kappale.

Oumuamua tarjosi alkuperänsä lisäksi myös toisen yllätyksen. Sen perihelin jälkeinen vauhti näytti kiihtyvän kappaleen siirtyessä kohti Aurinkokunnan ulkoreunaa. Kiihdytys ei ollut kovin suuri mutta selvästi havaittavissa ja monet laskelmat menivät uusiksi. Silti nopeuden muutos oli ja pysyi kiistatta. Tämä sain aikaan villejä spekulaatioita kappaleesta itsestään. Suurinta julkisuutta sai muukalaisten avaruusaluksesta, jota sikarin muoto vielä esittäjien mukaan vahvisti. Sen pinta osoittautui kuitenkin kiveksi, joten seuraava vaihe villissä teoriassa oli, että avaruusasema oli louhittu asteroidin sisään.

Villiä teoriaa pyrittiin osoittamaan oikeaksi myös etsimällä kappaleesta mahdollisesti lähtevää radiotaajuista säteilyä. Sitä ei kuitenkaan löydetty, joten muukalaisteoria alkoi menettää kannatustaan. Vaikka kappaleen alkuperä näyttäisi aivan luonnolliselta, kiihtyvä vauhti odotti vielä selitystä.

Oumuamuan rata Aurinkokunnassamme. Kuva Wikimedia Commons.

Nyt muutamaa vuotta myöhemmin kaksi tutkijatohtoria: Kalifornian yliopiston (Berkeley) astrokemisti Jennifer Bergner ja Cornellin yliopiston tähtitieteilijä Darryl Seligman, päättivät tutkia asiaa. Tähtivälisessä avaruudessa ja Aurinkokunnan ulko-osassa olevilla kappaleilla on yleensä pinnallaan (vesi)jäästä muodostunut kerros. Veden haihtumista ei kuitenkaan havaittu Oumuamuan lähestyessä periheliä ja ei myös perihelin jälkeenkään, joten vauhdin lisääntymien ei saanut selitystä tästä ilmiöstä.

Tutkijat päättivät testata toista ilmiötä, joka oli havaittu laboratoriokokeissa vuosikymmeniä sitten. Asteroidien ja komeettojen pinnalla oleva vesijää voi olla amorfisessa tilassa. Kosminen säteily irrottaa vesimolekyylistä vetyä ja irronnut kaasumainen vety varastoituu jäähän ja ajan kuluessa sitä kertyy merkittäviä määriä.

Perihelin läheisyydessä syväjäädytetyn veden rakenne muuttuu amorfisesta kiteytyneeksi lämpötilan noustessa, jolloin vety voi poistua jäävarastostaan ja poistuessaan aiheuttaa propulsion, siis toimii rakettimoottorin tavoin kiihdyttäen komeetan vauhtia. Tutkijoiden laskelmat poistuvan vedyn määrästä ja nopeudesta täsmäsivät hyvin havaittuun nopeuden muutokseen. Ilmiö on sen verran heikko, että isommilla kappaleilla se peittyy veden höyrystymiseen ja pölyn irtoamisesta johtuvan propulsiovoiman alle.

Oumuamua oli ensimmäinen tähtienvälisestä avaruudesta tullut ja havaittu kappale. Se sai tunnuksekseen 2017 1I. Jutussa mainittujen tutkijoiden artikkeli aiheesta on julkaistu Nature -lehden verkkosivulla 22.3.2023 otsikolla Acceleration of 1I/‘Oumuamua from radiolytically produced H2 in H2O ice. Artikkeli on maksumuurin takana.

Oumuamua:n jälkeen Jennifer Bergner tutkimusryhmineen on havainnut kuusi pientä komeetta, joilla ei ole komaa eikä pyrstöä, mutta niidenkin nopeuden on havaittu muuttuvaan näin ei-gravitaatiovoimista. Vastaava kiihtymistä voi saada aikaan vedyn (H₂) lisäksi typpi (N₂) ja hiilimonoksidi (CO), jotka ovat hyperhaihtuvia kaasuja ja voivat vapautua ilman, että varsinaista pölypyrstöä komeetoille kehittyisi.

JUICEn lähtö sujui kuin oppikirjassa

ESAn uusin Jupiter-luotain lähti aikataulun mukaisesti kello 15.14 Suomen aikaa. Laukaisu sujui ennakkosuunnitelmien mukaisesti ja JUICE irrotettiin kantoraketin viimeisestä osasta noin puolituntia lähdön jälkeen.

Ariane 5 on juuri käynnistetty ja JUICE-luotaimen matka kohti Jupiteria on alkamassa. Kuva ESA.

Mitä tapahtuu seuraavaksi?

Kun lähdöstä oli kulunut 50 minuuttia, aurinkopaneelit otettiin käyttöön; kummankin "siiven" avaaminen kokonaan kestää alle minuutin. Nämä valtavat ristinmuotoiset järjestelmät, jotka ovat saaneet inspiraationsa tietoliikennesatelliittien suunnittelusta, varmistavat, että Juice kerää tarpeeksi aurinkoenergiaa pitääkseen kaikki instrumentit toiminnassa Jupiterin etäisyydellä. Aurinkopaneelien koko on valtava, sillä Jupiterin etäisyydellä Auringosta auringonvalon voimakkuus on vain 1/25 siitä, mitä se on Maan etäisyydellä.

Lähdön jälkeen 16 tunnin kuluttua keskivahvisteinen antenni otetaan käyttöön; tämä antenni yhdistää Juicen maan päällä oleviin operaatio-ohjaimiin, kun JUICEn pääantennia antennia käytetään aurinkosuojana. Sitä käytetään myös jäisten kuiden ohilennoilla, jolloin se palauttaa arvokasta dataa painovoimakokeilua varten innokkaasti odottaville tiedemiehille maan päällä.

Viiden vuorokauden kuluttua 16 metriä pitkä Radar for Icy Moons Exploration (RIME) -antenni otetaan käyttöön. Tämä instrumentti tekee mittauksia, jotka auttavat meitä tutkimaan Jupiterin kolmen suurimman jäisen kuun – Europan, Ganymeden ja Calliston – pinnan alla olevaa rakennetta.

10 vuorokauden kuluttua magnetometrin puomi otetaan käyttöön; Tämän 10,6 m pitkän puomin päässä JUICEsta on instrumentti magneettikenttien mittaamiseksi. Puomi pitää mittaussensorin etäällä luotaimen rungosta, jotta se voi tarkkailla Jupiteria ja sen jäisiä kuita ilman rungon sisäisten instrumenttien tuottamia häiriöitä.

12 vuorokauden kuluttua otetaan käyttöön Radio Wave Instrument (RWI) -antennit. Nämä ovat osia Radio and Plasma Wave Investigation (RPWI) -tutkimusta, jolla havaitaan radiosäteilyä ja plasmaympäristöä Jupiterin ja sen jäisten kuiden ympärillä.

Neljä Langmuir-luotainta otetaan käyttöön 13 – 17 vuorokautta laukaisun jälkeen. Nämä laitteet ovat myös osa RPWI:tä, ja niiden päätavoitteena on tarjota keskeistä tietoa plasmaympäristöstä Jupiterin jäisten kuiden ympärillä.

Kaikkien ulkoisten laitteiden ollessa paikoillaan Juice on nyt valmis aloittamaan pitkän ja vaikean matkansa Jupiteriin!

Reitti Jupiteriin

JUICEn reitit Jupiteriin ei ole suora, sillä luotain on ladattu täyteen havaintoinstrumenteilla, joten ajoainetta on hyvin minimaalisesti. Ajoaineen puute korvataan ohjaamalla luotain sarjaan lähiohituksia, joista jokanen kiihdyttää luotaimen vauhtia ja lopulta se pääsee tavoitteeseensa.

Ensimmäinen lähiohitus tapahtuu Maan ja Kuun kanssa yli vuoden kuluttua elokuussa 2024. Sen jälkeen on vuorossa Venus elokuussa 2025 ja sen jälkeen jälleen Maa syyskuussa 2026 ja vielä kerran Maa tammikuussa 2029. Tämän jälkeen vauhtia on kertynyt riittävästi ja luotain saapuu Jupiterin järjestelmään heinäkuussa 2031. 

Perille päästynään se asettuu Jupiteria kiertävälle radalla ja tekee 35 Jupiterin suurien kuiden lähiohitusta. Viimeisenä operaationa JUICE asettuu Ganymeden kiertoradalle, jossa se pysyttelee niin kauan kuin laitteiden kunto ja ohjaukseen tarvittavan ajoaineen määrä mahdollistavat. Aivan viimeisenä operaationaan JUICE muuttaa rataansa ja se ohjataan syöksyyn kohti Ganymeden pintaan. Tämä vihoviimeinen operaatio on välttämätön, jotta luotain ei joskus päätyisi Europaan.

JUICEn lähtö siirtyi

 JUICE-luotaimen lähtö jouduttiin perumaan sääolosuhteiden vuoksi. Alueella oli suuri riski salamoinnista. 

Uusi laukaisuikkuna avautuu perjantaina 14..4.2023 kello 15.14 Suomen aikaa. ESA TV lähetys alkaa 14.45 Suomen aikaa.

Eurooppalainen JUICE laukaistaan tänään

Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laukaisee tänään 13.4.2023 kello 15.15 Suomen aikaan JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) luotaimen kohti Jupiterin järjestelmää. Voit seurata laukaisua ESA Web TV:n sivulta, jossa suoralähetys alkaa kello 14.45 ja jatkuu aina kello 17.05 asti. Kantorakettina on Ariane 5.

Ariane 5 kantoraketti lähtövalmiina Ranskan Guineassa sijaitsevassa Kouroun laukaisukeskuksessa. Raketin lastiruumassa on valmiina JUICE-luotain, joka Maan, Kuun ja Venuksen ohilentojen jälkeen suuntaa kulkunsa kohti Jupiterin järjestelmää, jonka se saavuttanee vuonna 2031. Kuva ESA.

JUICEn tehtävän on kartoittaa Jupiterin järjestelmää, etenkin sen neljä suurinta kuuta ovat havainto-ohjelman tärkeimmät kohteet.

Tutkijoiden erityinen mielenkiinto kohdistuu Europa kuuhun, sillä sen jääpeitteen alapuolella on noin 100 km syvä suolainen meri. Myös muiden isojen kuiden sisäinen rakenne on havainto-ohjelmassa. Vaikka JUICE pyrkii ensisijaisesti kartoittaa veden esiintymistä kuilla, niin sen havaintoinstrumenttivalikoimassa ei ole elämän etsimiseen liittyviä laitteita. Elämän mahdollinen esiintyminen näillä kuilla on kuitenkin taustalla, sillä tietoja veden esiintymisestä, kuiden rakenteesta ja jääpeitteiden paksuudesta voidaan käyttää elämän mahdollisuuden arviointiin.

Jupiterin kolmas kuu, Ganymede, on myös erittäin tärkeässä roolissa JUICEn tutkimusohjelmassa. Saavuttuaan Jupiterin järjestelmään vuonna 2031, JUICE tekee useita kierroksia Jupiterin ympäri ja tekee kuiden lähiohituksia ainakin 35 kertaa. Tämän jälkeen JUICE asettuu Ganymedea kiertävälle radalle. Tehtävän loppuvaiheessa JUICE törmäytetään Ganymeden pinnalle ja tavoitteena näin tehtäessä on se, että luotain ei vahingossa päädy Europan jäiselle pinnalle.

 

 

Tähtitieteilijät ovat havainneet varhaisen maailmankaikkeuden kaukaisen galaksijoukon syntymää

eso2304fi — Tutkimustiedote – suomennos Pasi Nurmi

Tähtitieteilijät ovat löytäneet Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) avulla suuren kuuman kaasun reservin kehittymässä olevassa galaksijoukossa Hämähäkkiverkkogalaksin (Spiderweb galaxy) ympäriltä. ESO on ALMA:n kumppani. Tämä on toistaiseksi kaukaisin tällaisesta kuumasta kaasusta tehty havainto. Galaksijoukot ovat maailmankaikkeuden suurimpia kohteita, ja tänään Naturessa julkaistu tulos selvittää, kuinka aikaisin nämä rakenteet alkoivat muodostumaan.

Kuva esittää Hämähäkinverkko-galaksin ympärillä olevaa protojoukkoa aikana, jolloin maailmankaikkeus oli vain kolme miljardia vuotta vanha. Suurin osa protoklusterin massasta ei sijaitse galakseissa, jotka näkyvät kuvan keskipisteessä, vaan kaasussa, joka tunnetaan joukon sisäisenä väliaineena. ICM:n kuuma kaasu näkyy kuvassa sinisenä pilvenä.

Kuuma kaasu havaittiin ALMA:lla, jonka kumppani ESO on. Kun valo kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä kulkee ICM:n läpi, se saa energiaa ollessaan vuorovaikutuksessa kuuman kaasun elektronien kanssa. Tätä kutsutaan Sunyaev-Zeldovichin efektiksi. Tutkimalla tätä vaikutusta tähtitieteilijät voivat päätellä, kuinka paljon kuumaa kaasua ICM:ssä on, ja osoittaa, että Hämähäkinverkko-protojoukosta on tulossa valtava joukko, jota sen oma painovoima pitää kasassa. Kuva ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford.

Nimensä mukaisesti galaksijoukoissa on suuri määrä galakseja — joskus jopa tuhansia. Niissä on myös valtava määrä joukon sisäistä kaasua (ICM), joka täyttää galaksien välisen tilan. Kaasua on itse asiassa huomattavasti enemmän kuin galaksien massa yhteensä. Galaksijoukkojen fysiikka ymmärretään yleisesti hyvin, mutta havaintoja joukon sisäisen aineen varhaisimmista muodostumisvaiheista on edelleen niukasti.

ICM:a oli tutkittu aikaisemmin vain jo täysin kehittyneissä galaksijoukoissa. ICM:n havaitseminen kaukaisissa protoklustereissa, jotka ovat yhä muodostumassa olevia galaksiryhmiä, antaisi tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia joukkoja niiden kehityksen alkuvaiheessa. Italialaisen Triesten yliopiston tutkijan Luca Di Mascolon johtama ryhmä oli innokas havaitsemaan maailmankaikkeuden varhaisen vaiheen protojoukoissa olevaa ICM:a. Luca Di Mascolo on tässä esitellyn tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.

Galaksijoukot ovat niin massiivisia, että ne voivat kerätä yhteen kaasua, joka kuumenee sen pudotessa joukkoon. "Kosmologiset simulaatiot ovat ennustaneet protojoukkojen kuuman kaasun olemassaolon jo yli vuosikymmenen ajan, mutta tätä ei olla vahvistettu havaintojen avulla", kertoi Elena Rasia, tutkija Italian National Institute for Astrophysics -instituutissa (INAF) Triestessä ja yksi tutkimuksen tekijöistä. "Näin keskeisen vahvistuksen saaminen johti siihen, että valitsimme huolellisesti yhden lupaavimmista protojoukko ehdokkaista".

Kohde oli Hämähäkkiverkko-protoklusteri, joka sijaitsee aikakaudella, jolloin Universumi oli vain kolme miljardia vuotta vanha. Vaikka joukkoa oli tutkittu erittäin paljon, niin galaksijoukon sisäisen aineen havainnot olivat jääneet tekemättä. Jos Hämähäkkiverkkojoukosta löytyisi suuri määrä kuumaa kaasua, se osoittaisi, että järjestelmästä on tulossa kunnollinen, pitkäikäinen galaksijoukko sen sijaan, että se hajoaisi.

Di Mascolon tutkimusryhmä havaitsi Hämähäkkiverkko-protojoukon sisäistä ainetta Thermal Sunyaev-Zeldovich ilmiön avulla. Ilmiö tapahtuu, kun kosminen mikroaaltotaustasäteily kulkee ICM:n läpi. Kun säteily vuorovaikuttaa kuuman kaasun nopeasti liikkuvien elektronien kanssa, se saa hieman lisää energiaa ja sen väri, eli aallonpituus muuttuu hieman. "Tietyillä aallonpituuksilla SZ-efekti näkyy näin ollen varjostavana vaikutuksena galaksijoukon kosmiselle mikroaaltotaustasäteilylle", kertoi Di Mascolo.

Mittaamalla näitä kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn varjoja, tähtitieteilijät pystyvät päättelemään onko kuumaa kaasua olemassa, arvioimaan sen massan ja kartoittaa sen muotoa. "ALMA on vertaansa vailla oleva havaintolaite, ja sen resoluution ja herkkyyden ansiosta ainoa tutkimuslaitos, joka pystyy tällä hetkellä tekemään tällaisia mittauksia massiivisten joukkojen kaukaisista esiasteista", sanoi Di Mascolo.

Tutkijat havaitsivat, että Hämähäkkiverkko-protojoukossa on valtava kuuman kaasun reservi muutaman kymmenen miljoonan asteen lämpötilassa. Tässä protojoukossa oli aiemmin havaittu olevan kylmää kaasua, mutta tässä uudessa tutkimuksessa havaittu kuuman kaasun massa on tuhansia kertoja suurempi. Tämä havainto osoittaa, että Hämähäkkiverkko-protojoukon odotetaan todellakin kehittyvän valtavaksi galaksijoukoksi noin kymmenessä miljardissa vuodessa ja kasvattavan massaansa ainakin kymmenkertaiseksi.

Yksi artikkelin kirjoittajista ja ESO-tutkija Tony Mroczkowski kertoi, että "tämä järjestelmä pitää sisällään suuria vastakohtia. Järjestelmän kehittyessä kuuma komponentti tulee tuhoamaan suuren osan kylmästä komponentista, ja olemme nyt havaitsemassa herkkää muutosta". Hän totesi lopuksi: "Tämä havainto vahvistaa pitkään tunnetut teoreettiset ennusteet, jotka koskevat maailmankaikkeuden suurimpien gravitaation sitomien kohteiden muodostumista."

Nämä tulokset auttavat ALMAn ja ESO:n tulevan Extremely Large Telescopen, eli ELT:n välisen synergian kehittämisessä. "ELT mullistaa Hämähäkkiverkkojoukon kaltaisten rakenteiden tutkimuksen", sanoi tutkimuksen tekijä ja tutkija Mario Nonino Triesten tähtitieteellisestä observatoriosta. ELT ja sen huipputason instrumentit, kuten HARMONI ja MICADO, voivat kurkistaa protojoukkojen sisälle ja saada niiden galakseista yksityiskohtaista tietoa. ALMA:n kyky galaksijoukon sisäisen aineen muodostumisen jäljittämiseen yhdistettynä ELT:n havaintomahdollisuuksiin tulee olemaan ratkaisevassa roolissa varhaisen maailmankaikkeuden suurimpien rakenteiden kehittymisen tutkimuksessa.

 

Lisätietoa

Tässä tehty tutkimus on julkaistu artikkelissa: “Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16”, joka ilmestyy Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x) julkaisusarjassa.

Asteroidien lähiohitus on arkipäivää

Maaliskuussa uutiskynnyksen ylitti kaksikin asteroidin tekemään lähiohitusta. Ensimmäinen näistä oli tänä vuonna havaittu 2023 DW -asteroidi, jonka törmäyksen todennäköisyydeksi Maahan arvioitiin olevan 1/560 helmikuun 14. päivänä 2046. Asteroidin kooksi arvioitiin noin 50 metriä.

Toinen uutisoiduista asteroideista oli 2023 DZ₂, joka myös löydettiin alkuvuodesta. Se ohitti maapallon alle Kuun etäisyydeltä (0,54 LD) 25. maaliskuuta ja senkin koko on noin 50 metrin luokkaa.

Asteroidi 2023 BU ohitti maapallon vain 9 967 km (0,03 LD) etäisyydeltä tammikuun 27. päivänä 2023 kello 00.28 UTC aikaa. Vauhtia sillä oli maapallon suhteen 9,27 km/s. Kuvakaappaus CNEOSin mallinnusohjelmasta.

Nämä kaksi esimerkki ovat kuitenkin vain ”jäävuoren huippu”, sillä asteroidien lähiohitukset ovat arkipäivää. Parhaiten tietoa asteroideista ja niiden ohituksista saa tietoa Center for Near Earth Object Studies (CNEOS) sivustolta, jossa listataan kaikki havaitut asteroidit, jotka kiertävät Aurinkokunnassamme lähellä maapallon rataa.

Tarkastellaanpa tilastoja vaikkapa vain vuosi taaksepäin. Vuoden aikana maapallon on ohittanut kaikkiaan 102 asteroidia alle Kuun keskietäisyydeltä (384 317 km). Toisin sanoen, lähiohitus on tapahtunut keskimäärin joka kolmas vuorokausi. Kun asteroidien ohituksia tapahtuu näinkin runsaasti, olisi myös mielenkiintoista tietää, kuinka suuria tai massiivisia nämä ohittavat kappaleet ovat? Samasta taulukosta tämäkin asia on kerrottu.

Jo aikaisemmin mainittu 2023 DZ₂ on harvinaisuudessaan kerran kymmenessä vuodessa esiintyvä lähiohitus (luokka 3). Sen kooksi siis on ilmoitettu 38 – 85 metriä, yhdellä luvulla ilmoitettuna noin 50 metriä.

Pienempien asteroidien harvinaisuusluokka 2 tarkoittaa noin kerran vuodessa tapahtuvaa lähiohitusta. Tällä kertaa näitä tapahtumia olikin runsaasti, sillä kaikkiaan kuusi lähiohitusta oli tapahtunut viimeksi kuluneen vuoden aikana. Näistä yksi (2023 TM2) oli kooltaan noin 40 metriä ja kaksi (2022 JO₁ ja 2023 CK) olivat kooltaan hieman alle 20 metrisiä (Tšeljabinskin asteroidin kokoluokaa). Loput kolme oli sitten alle 10 metrisiä.

Lähin ohituksista tapahtui tammikuun 27. päivänä 2023. Silloin asteroidi 2023 BU ohitti maapallon vain 9 967 km etäisyydeltä (kts kuva). Kokoa tällä asteroidilla oli noin 5 metriä ja se luokiteltiin harvinaisuusluokkaan 2. Seuraavaksi lähin ohitus tapahtui syyskuun 19. päivänä 2022, jolloin etäisyyttä Maahan oli vain 14 863 km.

Maapallon suhteen nopeimman ohituksen teki asteroidi 2022 YW₆, jolle mitattiin vauhdiksi 29,84 km/s. Kolme muutakin asteroidia ohitti maapallon yli 20 km/s nopeudella.

Havaituista ohittajista merkittävä osa oli asteroideja, jotka oli löydetty kuluneen vuoden aikana. Asteroidin löytymiseen vaikuttaa ennen kaikkea niiden koko ja etäisyys, sillä keskimäärin ne heijastavat suhteellisen huonosti auringonvaloa. Näin ollen pieneten kappaleiden löytömahdollisuus avautuu vasta lähellä maapalloa, kun niiden kirkkaus on riittävä.

Asteroideja etsitään kaiken aikaan automaattisesti toimivissa observatorioissa. Suurin osa observatorioista sijaitsee pohjoisella pallonpuoliskolla, joten eteläinen tähtitaivas on jonkin verran heikommin valvottu. Oma lukunsa ovat maapallon radan sisäpuolella olevat asteroidit, joiden havaitseminen on todella vaikeaa, sillä auringonvalo vaalentaa tähtitaivaan ja kadottaa asteroidit näkyvistä. Näin ollen ei ole mikään ihme, että ne pääsevät helposti yllättämään tutkijat ja havaitsijat.

Jos tarkastellaan tulevaisuutta, vaikka lähimmän vuoden aikana, niin lähiohitukset jatkuvat edelleen samanlaisena kuin tähänkin asti. Tosin tarkastelumme rajoittuu ainoastaan tunnettuihin asteroideihin, sillä viimeksi kuluneen vuoden aikana suuri osa oli vain hieman aikaisemmin löydettyjä.

Vuoden aikana tiedossa oleva lähin ohitus tapahtuu 25. marraskuuta 2023, jolloin asteroidi 2019 DZ₂ ohittaa maapallon 2,8 × Kuun etäisyydeltä (2,8 LD). Kokoa sillä on noin 50 metriä.

Kookkain asteroideista on 363505 (2003 UC₂₀), jonka kooksi arvioidaan 1,9 km. Tämä kuitenkin ohittaa maapallon turvallisesti noin 13,7 LD etäisyydeltä marraskuun 2. päivänä 2023. Kolme seuraava on noin kilometriluokkaa olevia asteroideja. Loput kaikkiaan 128 asteroidista ovat pienempiä ja kaikkein pienin on noin 2 metrinen 2011 CQ₁, joka ohittaa maapallon 26.tammikuuta 2024 noin 11,3 LD etäisyydeltä. Tämä siis sillä varauksella, että vielä pienempää kappaletta ei avaruudesta havaita.

Tulevaisuudessa reilun sadan vuoden aikana tunnetut asteroidit tekevät vähintään 73 lähiohitusta. Tämä tietystikään ei ole koko totuus sillä kaiken aikaa teemme uusia löytöjä ja niistä iso joukko ohittaa maapallon alle Kuun etäisyydeltä. Näin ollen emme voi tietää millaisia yllätyksiä ja lähiohituksia maapallo kohtaa tulevan vuoden ja vuosisadan aikana ja kuinka monta todellista törmäystä tulee tapahtumaan. 

Harvinaisin luokkaan 6 kuuluva asteroidi on tunnettu 99942 Apophis, joka huhtikuun 13. päivänä 2029 ohittaa maapallon todella läheltä. Ohitusetäisyys on 38 012 km ja kokoa asteroidilla on noin 350 m. Harvinaisuusluokka 6 tarkoittaa noin kerran 10 000 vuodessa esiintyvää ohitusta. Asteroidi löydettiin jouluna 2004 ja ensimmäisten havaintojen myötä ratalaskelmat osoittivat hyvin suurta todennäköisyyttä törmäykseen.

Jos et ole seurannut asteroidien löytöjä aktiivisesti, niin voit ehkä ihmetellä miksi et ole kuullut tästä suuresta törmäysmahdollisuudesta aikaisemmin. Tämä johtuu yksinkertaisesti siitä, että maailman tiedostusvälineet olivat täynnä uutisia Indonesian maanjäristyksestä ja sitä seuranneen tsunamissa menehtyneiden ihmisten suuresta määrästä. Etäinen maapalloon kohdistuva uhka sai väistyä kansainvälisten uutistoimistojen uutispalveluissa.

Myöhemmät havainnot poistivat Apophis:n mahdollisten törmääjien luettelosta. Lähiohitus Maan kanssa kuitenkin muuttaa sen rataa, ja kuka tietää, jos vaikka joskus kaukaisemmassa tulevaisuudessa se uhkaisi todella Maata.  Niinpä emme kysy törmääkö joskus joku asteroidi Maahan, vaan kysymme: milloin se tapahtuu?

 

ESO:n teleskoopeilta on saatu ensimmäiset tulokset DARTin asteroiditörmäyksen jäljistä

eso2303fi — Tutkimustiedote - suomennos Pasi Nurmi

Kaksi tähtitieteilijäryhmää ovat havainneet ESO:n Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputken avulla NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) luotaimen ja asteroidi Dimorphosin törmäyksen vaikutuksia. Ohjattu törmäys oli planetaarisen puolustuksen testi, mutta sen lisäksi se antoi tähtitieteilijöille ainutlaatuisen mahdollisuuden oppia lisää asteroidien koostumuksesta tutkimalla siitä irronnutta materiaa.

Nämä kuvat, jotka on otettu ESO:n Very Large Telescope kaukoputken MUSE-instrumentilla osoittavat, miten törmäyspilvi kehittyi NASAn DART-luotaimen törmättyä asteroidi Dimorphosiin.

Ensimmäinen kuva otettiin 26. syyskuuta 2022 juuri ennen törmäystä, ja viimeinen kuva otettiin lähes kuukautta myöhemmin 25. lokakuuta. Tänä aikana ympärille kehittyi useita rakenteita, kuten ainekasaumia, spiraalimaisia rakenteita ja Auringon säteilyn työntämä pitkä pölyhäntä. Kuvissa oleva valkoinen nuoli osoittaa Auringon suunnan.

Dimorfos kiertää Didymos-nimistä isompaa asteroidia. Valkoinen vaakapalkki vastaa 500 kilometriä, mutta asteroidit ovat vain yhden kilometrin päässä toisistaan, joten ne eivät näy näissä kuvissa erillisinä.

Taustalla näkyvät säteet johtuvat takana olevien tähtien näennäisestä liikkeestä havaintojen aikana teleskoopin seuratessa asteroidiparia.

Kuva ESO/Opitom et al.

DART-luotain törmäsi 26. syyskuuta 2022 asteroidi Dimorphosiin kokeessa, jonka tarkoitus oli testata kykyä muuttaa asteroidin suuntaa hallitusti. Törmäys tapahtui 11 miljoonan kilometrin päässä Maasta, niin lähellä, että sitä voitiin tarkkailla useilla kaukoputkilla yksityiskohtaisesti. Kaikki neljä Chilessä sijaitsevaa ESO:n 8,2-metristä VLT-teleskooppia havaitsi törmäyksen jälkeisiä vaiheita, ja ensimmäiset tulokset näistä VLT-havainnosta on nyt julkaistu kahdessa tieteellisessä julkaisussa.

"Asteroidit ovat jäännöksiä siitä perusmateriasta, mistä kaikki aurinkokuntamme planeetat ja kuut ovat muodostuneet", Brian Murphy sanoi. Hän on tohtoriopiskelija Edinburghin yliopistossa Isossa-Britanniassa, ja ollut mukana toisessa tutkimuksista. DARTin törmäyksen jälkeensä jättämän materiaalipilven tutkiminen voi siten kertoa, miten aurinkokuntamme on muodostunut. "Asteroidien välisiä törmäyksiä tapahtuu luonnollisesti, mutta niitä ei koskaan tiedetä etukäteen", Cyrielle Opitom, tähtitieteilijä myös Edinburghin yliopistossa ja toisen artikkelin pääkirjoittaja, jatkoi. "DART on todella hieno mahdollisuus kontrolloidun törmäyksen tutkimiseksi, melkein kuin laboratoriossa".

Opitom ja hänen tutkimusryhmänsä seurasivat törmäyspilven kehittymistä kuukauden ajan ESO:n VLT:n Multi Unit Spectroscopic Explorer eli MUSE-instrumentilla. He huomasivat, että törmäyspilvi oli sinisempi kuin itse asteroidi ennen törmäystä, mikä viittaa siihen, että pilvi saattaa koostua hyvin pienistä partikkeleista. Törmäystä seuranneina tunteina ja päivinä muodostui muita rakenteita, kuten ainekasaumia, spiraalimaisia rakenteita ja pitkä Auringon säteilyn poispäin työntävä häntä. Spiraalit ja häntä olivat punaisempia kuin alkuperäinen pilvi, joten ne saattavat koostua suuremmista partikkeleista.

Opitomin tiimin pystyi MUSEn avulla havaitsemaan kaasujen spektrin, josta erottui eri alkuaineiden spektriviivat. He etsivät erityisesti happea ja törmäyksen paljastamasta jäästä peräisin olevaa vettä. He eivät kuitenkaan löytäneet mitään. "Asteroidien ei odoteta sisältävän merkittäviä määriä jäätä, joten vesijäämien havaitseminen olisi ollut todellinen yllätys", Opitom kertoi. He etsivät myös jälkiä DART-luotaimen polttoaineesta, mutta eivät löytäneet mitään. "Tiesimme, että se oli kaukaa haettua", hän sanoi  "koska propulsiojärjestelmän tankkeihin jäävän kaasun määrä ei olisi kovinkaan suuri. Lisäksi osa siitä olisi mennyt havaintojen alkaessa liian kauas, jotta MUSE olisi pystynyt sitä havaitsemaan".

Toista tutkimusryhmää johti Armaghin observatorion ja planetaarion tähtitieteilijä Stefano Bagnulo Britanniasta, ja he tutkivat, miten DARTin törmäys muutti asteroidin pintaa.

"Havaitessamme aurinkokuntamme kohteita katselemme niiden pinnan tai ilmakehän sirottamaa auringonvaloa, joka muuttuu osittain polarisoituneeksi valoksi", Bagnulo kertoi. Tämä tarkoittaa, että valoaallot heilahtelevat erityisesti tiettyyn suuntaan eivätkä sattumanvaraisesti. "Asteroidin asento suhteessa meihin ja Aurinkoon paljastaa tietoa sen pinnan rakenteesta ja koostumuksesta".

Tarkkaillessaan asteroidia Bagnulo kollegoineen käytti VLT:n FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2, eli FORS2-instrumenttia ja he havaitsivat, että polarisaation taso laski yhtäkkiä iskun jälkeen. Samanaikaisesti systeemin kokonaiskirkkaus kasvoi. Yksi mahdollinen selitys tälle on se, että törmäys paljasti asteroidin sisältä koskemattomampaa materiaalia. "Ehkä törmäyksen vaikutuksesta irronnut materia oli kirkkaampaa ja vähemmän polarisoivaa kuin pinnalla oleva materia, koska se ei ollut koskaan altistunut aurinkotuulen ja Auringon säteilyn vaikutuksille", Bagnulo sanoi.

Toinen mahdollisuus on, että törmäys tuhosi pinnalla olevia partikkeleita, jolloin törmäyspilveen päätyi paljon pienempiä hiukkasia. "Tiedämme, että tietyissä olosuhteissa pienet partikkelit heijastavat valoa tehokkaammin ja ovat tehottomampia polarisoimaan valoa", Zuri Gray kertoi, tohtoriopiskelija myös Armaghin observatoriossa ja planetaariossa.

Bagnulon ja Opitomin johtamien tutkimusryhmien tutkimukset osoittavat VLT:n mahdollisuudet, kun sen eri instrumentteja käytetään yhdessä. Törmäyksen jättämiä jälkiä havaittiin MUSEn ja FORS2:n lisäksi kahdella muulla VLT-instrumentilla, mutta näiden tietojen analysointi on vielä kesken. "Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin ainutlaatuista tilaisuutta, kun NASA lähetti törmääjän kohti asteroidia", Opitom kertoi lopuksi, "Havaintoja ei voida toistaa millään tulevalla tutkimuslaitteella. Tämä tekee VLT:n avulla törmäyksen aikana saadut tiedot erittäin arvokkaiksi asteroidien ominaisuuksien ymmärtämisessä".

Lisätietoa

Ensimmäisen tutkimuksen tulokset on esitelty artikkelissa: “Morphology and spectral properties of the DART impact ejecta with VLT/MUSE”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202345960) julkaisussa.

Toisen tutkimuksen tulokset liittyvät artikkeliin “Optical spectropolarimetry of binary asteroid Didymos-Dimorphos before and after the DART impact”, joka julkaistaan Astrophysical Journal Letters (doi:10.3847/2041-8213/acb261) lehdessä.

Venus on edelleen vulkaanisesti aktiivinen

Uusimpien tutkimusten mukaan Venus näyttää olevan edelleen vulkaanisesti aktiivinen ja tulivuorten purkauksia tapahtuu vuosittain. Tällaiseen tulokseen on tullut geofyysikko Robert Herrick Alaskan yliopistosta (Fairbanks) ja insinööri Scott Hensley NASAn Jet Propulsion Laboratoriosta (Kalifornia). Heidän tutkimusraporttinsa on julkaistu Science -lehdessä 15.3.2023.

Magellan-luotaimen tutkakuvista koottu Venuksen pinta. Kuva Wikimedia Commons.

Tutkimus perustuu suurelta osin vuosina 1990 – 1994 Venusta kiertäneen Magellan luotaimen ottamiin tutkakuviin vuosilta 1991 ja 1992. Valitettavasti Magellanin kiertorata oli soikea, joten kuvien resoluutio ja katselukulma vaihtelivat suuresti ja tutkijat itse joutuivat käsittelemään ja sovittamaan kuvat tietokoneiden sijaan. Tämä tietysti vaati paljon aikaan ja nyt, kolme vuosikymmentä myöhemmin työ valmistui julkaisu kuntoon.

Tutkijat keskittyivät paikkoihin Venuksen pinnalla, joiden ulkonäön perusteella voitiin olettaa vulkaaneiksi tai tulivuoriksi. Erityisesti kaksi tulivuorta (Ozz ja Maat) osoittivat aktiivisuuden merkkejä. Tulivuoret ovat tilavuudeltaan Maan tulivuorten kokoisia mutta laakeampia ja litteämpiä kilpitulivuoria. Etenkin Maat Monsin pohjoisrinteellä on purkausaukko, joka muutti muotoaan ja kokoaan helmikuun ja lokakuun välisenä aikana vuonna 1991. Aluksi purkausaukko oli muodoltaan pyöreä ja sen pinta-ala oli noin 2,2 km². Lokakuuhun mennessä sen koko oli kasvanut noin 4 km²:iin ja muotokin oli paljon epäsäännöllisempi. Lisäksi purkausaukko näytti täyttyneen ja muodostaneen mahdollisesti laavajärven. Aivan täyttä varmuutta asiassa ei ole, sillä kuvista ei voi päätellä, että onko täyttynyt purkausaukko kiinteää, vain onko pinta edelleen sula.

On tietysti mahdollista, että tyhjentynyt purkausaukko, kaldera, olisi romahtanut ja tästä syystä sen muotoa ja laajuus olisivat muuttuneet. Maapallollakin näin tapahtuu mutta yleensä vain aktiivisen tulivuoritoiminnan seurauksena. Edelleen purkausaukon ympäristön maasto on myös muuttunut mahdollisesti laavavirtausten vaikutuksesta. Nämä muutokset osoittavat tutkijoiden mukaan vulkaanisen aktiivisuuden olemassaolon.

Vuonna 2020 raportoitiin fosfiini-nimisen aineen havaitsemisesta Venuksen ilmakehästä. Maapallolla fosfiinia löytyy anaerobisista olosuhteissa tapahtuvasta mikrobitoiminnasta kuten soilta ja lietteiltä sekä ihmisen ja eläinten suolistoista. Maassa fosfiiniä syntyy myös vulkaanisessa toiminnassa ja tietysti myös Venuksessa.

Tutkijat pitävätkin Venuksen fosfiinia puhtaasti vulkaanisen toiminnan tuotoksena, vaikka villeimmissä spekulaatioissa sen syntypaikaksi arveltiin ilmakehän yläosassa leijuvia mikrobeja. Fosfiini havaintojen käsittelyssä tapahtui virhe, jolloin kaasun pitoisuus tuli laskelmissa liian suureksi. Vulkaanisen toiminnan seurauksena fosfiinia pitäisi Venuksessa olla vain puolet laskelmista saaduista. Laskelmat kuitenkin osoittautuivat vääriksi ja korjatut laskelmat vahvistivat fosfiinin määrän olevan sen, mitä se pitäisikin olla vulkaanisen toiminnan seurauksena.

Venuksen vulkaanisen toiminnan on arveltu olevan hyvin vähäistä tai olematonta nykypäivänä, koska Venuksessa ei ole laattatektoonista toimintaa kuten maapallolla. Maapallolla mannerlaattojen törmätessä ja tunkeutuessa toistensa alle, syntyy vuoristoja ja niihin tulivuoria. Toisaalta, maapallolla on myös ns. kuumien pisteiden synnyttämiä tulivuoria, joiden yläpuolelle tulivuoria syntyy. Esimerkiksi Havaijin saaret ovat tällaisen kuuman pisteen synnyttämiä ja mannerlaatan kulkiessa kohti luodetta, Havaijin tuliperäiset saaret muodostavat jonon. Marsissa Olympos Mons on kuuman pisteen yläpuolella ja sielläkään ei ole kovin voimakasta laattatektoonista toimintaa, joten tulivuori on kasvanut kooltaan koko Aurinkokuntamme suurimmaksi tulivuoreksi.

Uhkakuva avaruudesta

Tiedotusvälineet ovat kertoneet NASAn julkaisemista laskelmista, joiden mukaan Maan radan ylittävä Aten-asteroidi 2023 DW saattaa muodostaa uhkan maapallon turvallisuudelle. Uhkaava lähiohitus tapahtuisi 14. helmikuuta 2046 ja NASA laskee tälle tapahtumalle 1/560 mahdollisuutta törmäykselle. Euroopan avaruusjärjestö on päätynyt samoille linjoille 1/625 törmäysmahdollisuudelle.

Maan radan lähelle tulevat asteroidit (NEO) on luokiteltu ryhmiin radan sijainnin mukaan. Kaikkein suuriman riskin törmäykselle muodostavat Apollo- ja Aten-asteroidit. Kuva Wikimedia Commons.

Mitä asteroidista tiedetään tällä hetkellä? Tällä hetkellä sen kooksi arvioidaan (kirkkauslaskelmiin perustuen) noin 50 metriä. Jos arvio on lähelläkään todellisuutta, silloin se asettuu suunnilleen Tunguskassa (Siperia, Venäjä) vuonna 1908 maapalloon törmänneen kappaleen kokoluokkaan. Asteroidiksi se ei ole siis kovinkaan suurikokoinen ja mahdollisen törmäyksen aiheuttaman tuhoalueen laajuus olisi varsin pieni (säde noin 26 km), ehkä noin kolmenkertaisesti Tampereen pinta-ala. JPL:n Small-Body Database Lookup antaa nimelliseksi ohitusetäisyydeksi 1 798 166 km, mutta virherajojen puitteissa se voi olla jopa niin vähän kuin 1 495 km.

JPL:n SBSL tuottama kuva ohituksesta. Kuva JPL.

Asteroidin havaitsivat Georges Attard ja Alain Maury asteroidin MAP (Maury/Attard/Parrott) -etsintäohjelmassaan San Pedro de Atacama (Chile) helmikuun 23. päivänä. Havaintohetkellä asteroidi oli noin 10 miljoonan km etäisyydellä Maasta.

Kun tällaisia Maan radan kanssa risteäviä asteroideja löydetään, niille lasketaan aina todennäköisyys törmäykseen ja luokitellaan niiden törmäyksen ja tuhovaikutuksen todennäköisyys niin Torino- kuin Palermo-asteikoilla ^[1]. Asteroidille 2023 DW Palermo-asteikon lukema on -2,1 ja Torino-asteikolla 1, joten sen muodostama uhkaa maapallolle on hyvin pieni.

Mitä todella tapahtuu 14.2.2046?

Nykylaskelmien mukaan asteroidin 2023 DW lähiohitus tapahtuu alustavien laskelmien mukaan kyseisenä päivänä. Tosin laskelmissa on vielä aika suuri virhemarginaali, jota lähimmän hetken tarkka ajankohta ei ole selvillä. Jos ohitus tapahtuisi laskelmien mukaisesti, se tapahtuisi suurimmaksi osan Tyynenmeren alueella. Reitti ulottuu Yhdysvaltain keskiosasta Tyynen meren yli Jaavalle ja Indonesiaan. Ratalaskelmissa on vielä kuitenkin suuri epävarmuus, 3-sigma virhemarginaali on 8 miljoonaa km. Tällä hetkellä arvioidaan, että ohitusetäisyys on alle 2 miljoonaa km (SkySafari 7 pro antaa etäisyydeksi 1,3 miljoonaa km).

Tilanne siis kehittyy kaiken aikaa sitä mukaa kuin uusia havaintoja asteroidista saadaan. Tarkempia uutisia saataneen aivan lähipäivinä.

Tällä hetkellä näyttää siltä, että asteroidin koko ja ohitusetäisyys on mitä tavanomaisin, vastaavan kokoluokan asteroideja ohittaa maapallon suunnilleen samalta etäisyydeltä joka kuukausi, joskus useampikin. Mediakohu näyttää olevan siis aivan tarkoituksellisesta ja lähinnä siitä syystä, että (alustavat)laskemat mahdollistavat hyvin pienen mahdollisuuden törmäyspaikan sijainnille Yhdysvaltain maa-alueella. NASA on tämän tapaisista asioista erittäin herkkä tiedottamaan.

Huomautus

Tässä taulukossa on muutamia asteroideja joiden riskiluokitus on ollut ainakin hetken aikaa merkittävä.

[1] Torniasteikolla määritetään asteroidien törmäyksen todennäköisyyden ja kineettisten vaurioiden vakavauus yhtenä uhka-arviona. Torino-asteikko on lukemat 0 – 10, joista 10 on kaikkein vakavin ja nolla tarkoittaa sitä, että mitään uhkaa ei ole. Toistaiseksi korkein Torino-asteikon lukema on ollut 4 ja se saavutettiin neljän vuorokauden ajan 99942 Apophis-asteroidille jouluna 2004.

Palermo-asteikolla on suunnilleen samanlainen käyttötarkoitus, mutta se on teknisempi ja lukemat ovat logaritmisia. Lukema +2 tarkoittaa sitä, että uhka-arvio on satakertaa suurempi kuin satunnainen tausta, milloin vain. Palermo-asteikon positiiviset lukemat tarkoittavat todellista uhkaa ja negatiiviset lukemat vain pientä uhkaa.  Lukemien ollessa pienempiä kuin -2 uhkaa ei käytännössä ole. Kaikkein pienin Palermo-asteikon lukema on toistaiseksi -3,94 asteroidille 2022 UE₃.

99942 Apophis -asteroidille Palermo-asteikon lukema oli 190 vuorokauden ajan lukemassa +1,10. Tämä tarkoitti sitä, että törmäyksen todennäköisyys oli 12,6-kertainen (1/472) satunnaiseen taustaan (1/37) nähden.

Tähtitieteilijät ovat löytäneet puuttuvan linkin Aurinkokunnan vedelle

 eso2302fi — Tutkimustiedote

Tähtitieteilijät ovat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array eli ALMA:n avulla havainneet kaasumaisessa muodossa olevaa vettä tähden V883 Orionis ympärillä olevasta planeettoja muodostavasta kiekosta. Veden mukana kulkevan kemiallisen merkin avulla voidaan selvittää, miten vesi kulkeutuu tähtiä muodostavista kaasupilvistä planeettoihin. Havainnot tukevat ajatusta, jonka mukaan Maassa oleva vesi on jopa Aurinkoamme vanhempaa.

Tämä taiteilijan näkemys esittää tähden V883 Orionis ympärillä olevaa planeettoja muodostavaa kiekkoa. Kiekon uloimmassa osassa vesi jäätyy jääksi, minkä vuoksi sitä ei ole helppo havaita. Tähdestä tuleva energiapurkaus lämmittää sisälevyn sellaiseen lämpötilaan, jossa vesi on kaasumaista ja tähtitieteilijät voivat havaita sitä.

Kuvan sisäpuolisessa pikkukuvassa näkyvät kiekosta tutkitut kahdenlaiset vesimolekyylit: Tavallinen vesi, jossa on yksi happiatomi ja kaksi vetyatomia, ja raskaampi vesi, jossa toinen vetyatomi on korvattu deuteriumilla, joka on vedyn raskaampi isotooppi.

Kuva: ESO/L. Calçada

"Voimme nyt jäljittää veden alkuperää aurinkokunnassamme aikaan ennen auringon muodostumista", John J. Tobin, tähtitieteilijä National Radio Astronomy observatoriolta Yhdysvalloista ja tänään Naturessa julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja sanoi.

Tämä löytö tehtiin tutkimalla veden koostumusta V883 Orionis -tähden ympäriltä. Tähti sijaitsee noin 1 300 valovuoden etäisyydellä Maasta. Kun kaasu- ja pölypilvi romahtaa, sen keskelle muodostuu tähti. Kaasupilven materiasta muodostuu tähden ympärille myös kiekkomainen rakenne. Muutaman miljoonan vuoden aikana kiekon aine kasaantuu yhteen muodostaen komeettoja, asteroideja ja lopulta planeettoja. Tobin ja hänen tiiminsä käyttivät ALMAa, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana kumppanina, mittaamaan veden kemiallisia jälkiä, ja sen kulkeutumista tähtiä muodostavasta pilvestä planeettoihin.

Vesi koostuu yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista. Tobinin tutkimusryhmä tutki hieman raskaampaa veden versiota, jossa yksi vetyatomeista on korvattu deuteriumilla, joka on vedyn raskaampi isotooppi. Koska tavallinen ja raskas vesi muodostuvat eri olosuhteissa, niiden suhdelukua voidaan käyttää veden muodostumisajankohdan ja -paikan jäljittämiseen. Esimerkiksi joissakin Aurinkokunnan komeetoissa tämän suhteen on osoitettu olevan samanlainen kuin maan vedessä, mikä viittaa siihen, että komeetat ovat saattaneet tuoda mukanaan vettä Maahan.

Veden kulkeutumista pilvistä uusiin tähtiin ja myöhemmin komeetoista planeettoihin on havaittu aikaisemminkin, mutta tähän asti tähtien ja komeettojen välinen yhteys on ollut kateissa. "V883 Orionis toimii tässä puuttuvana lenkkinä", Tobin sanoi. "Kiekoissa veden koostumus on hyvin samanlainen kuin oman aurinkokuntamme komeetoissa. Tämä vahvistaa ajatusta siitä, että planeettajärjestelmissä oleva vesi muodostui miljardeja vuosia sitten tähtienvälisessä avaruudessa jo ennen Aurinkoa. Vesi on sitten periytynyt sekä komeettoihin että maapallolle suhteellisen muuttumattomana."

Veden havaitseminen osoittautui kuitenkin hankalaksi. "Suurin osa planeettoja muodostavien kiekkojen vedestä jäätyy jääksi, joten se on yleensä piilossa meidän havainnoiltamme", eräs tutkimuksen kirjoittajista, Margot Leemker, Leidenin observatorion tohtoriopiskelija Alankomaista sanoi. Kaasumaisessa muodossa oleva vesi voidaan havaita molekyylien lähettämän sähkömagneettisen säteilyn ansiosta, kun ne pyörivät ja värähtelevät. Kun vesi on jään muodossa, tilanne on monimutkaisempi, koska molekyylien liike on rajoittunutta. Kaasumaisessa muodossa olevaa vettä löytyy kiekon keskustan alueelta tähden läheisyydestä, jossa on lämpimämpää. Nämä keskusalueet ovat kuitenkin itse pölykiekon kätkössä, ja ne ovat myös liian pieniä, jotta niitä voitaisiin havaita teleskooppien avulla.

Onneksi juuri tehdyssä tutkimuksessa V883 Orionis -kiekon osoitettiin olevan poikkeuksellisen kuuma. "Tähden dramaattinen energianpurkaus kuumentaa kiekon lämpötilaan, jossa vesi ei ole enää jään muodossa, vaan se on kaasua, ja pystymme havaitsemaan sitä", Tobin sanoi.

Havaitessaan V883 Orionis tähden kaasumaista vettä tutkimusryhmä käytti Pohjois-Chilessä sijaitsevaa radioteleskooppien ALMA-verkostoa. Sen vuoksi, että laite on erittäin herkkä ja se pystyy havaitsemaan pieniä yksityiskohtia, he pystyivät sekä havaitsemaan itse veden, että määrittämään sen koostumuksen. Tämän lisäksi he pystyivät kartoittamaan sen jakautumisen kiekon sisällä. Havaintojen mukaan kiekossa on vähintään 1 200 kertaa niin paljon vettä kuin kaikissa Maan merissä yhteensä.

Tutkimusryhmä toivoo tulevaisuudessa voivansa käyttää ESO:n tulevaa Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, EELT) ja sen ensimmäisen sukupolven METIS-instrumenttia. Tämä keski-infrapuna alueella havaitseva instrumentti pystyy erottamaan veden eri tilat tämän tyyppisissä kiekoissa vahvistaen ymmärrystämme veden kulkeutumisesta aina tähtiä muodostavista pilvistä planeettakuntiin saakka. "Saamme siten paljon täydellisemmän kuvan planeettoja muodostavien kiekkojen jäästä ja kaasusta", Leemker totesi lopuksi.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitety artikkelissa “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”, joka julkaistaan Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z) julkaisusarjassa.