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.

 

Tähtienvälinen meteoroidi hipaisi maapallon ilmakehää

Viime syksynä, lokakuun 23. päivän iltana kello 23.38 Tampereen Ursan revontulikameroihin tallentui selkeä viiru (kirkkaus noin -3^m). Samainen viiru tallentui videokameraan Vaalassa, Nyrölässä ja järjestelmäkameralla otettuun kuvaan (Kari Haila) Sastamalassa. Oli selkeä sää ja revontulet taivaalla. Monet tavallisella kameralla varustautuneen harrastajat olivat kuvaamassa revontulia, joten meteorin viiru tallentui myös moniin muihinkin kuviin.

Tampereen Ursan revontulikameraan tallentunut valoviiru osoittautui harvinaiseksi tähtienvälisen avaruuden kappaleen aiheuttamaksi. Kuva © Tampereen Ursa ry.

Aluksi kyse näytti olevan aivan tavallisesta meteorista, tosin sen lentorata muodostui epätavallisen pitkäksi. Epätavallisen pitkä lentorata sai Ursan tulipalloryhmän jäsenet, Jaakko Visuri ja Markku Siljama ensimmäisten joukossa, pohtimaan sitä, että voisiko kyse olla ns. maapallon hipojasta. Nämä hipojat ovat sellaisella radalla, että ne saapuvat maapallon ilmakehään hyvin loivassa kulmassa (tässä tapauksessa noin 3,6 asteen kulmassa), siis lähes maanpinnan suuntaisesti. Hipaisija kuitenkin yleensä päätyy takaisin avaruuteen, sillä lentokorkeus ei välttämättä alene merkittävästi yläilmakehässä tapahtuvan lennon aikana. Tässä tapauksessa alenema oli vain 14 km.

Meteorin loppu näkyy tässä länsikameran kuvassa himmeänä viiruna. Kameroiden kelloajat ja siitä johtuen aikaleimat poikkeavat hieman toisistaan Kuva © Tampereen Ursa ry.

Siljaman ja kumppanien laskelmat osoittivat, että meteoroidin näennäinen nopeus oli selvästi sen verran suuri (näennäinen nopeus 74,2 km/s, geosentrinen 73,2 km/s ja heliosentrinen nopeus 43,5 km/s), että se pystyisi pakenemaan Aurinkokunnasta. Seuraava kysymys olikin se, mistä moinen huikea nopeus johtui? Oliko kappale tullut Aurinkokuntaamme tähtienvälisestä avaruudesta vai oliko jokin planeetoista ollut radan varrella ja kiihdyttänyt nopeuden erityisen suureksi?

Useat kysymykset siis vaativat vastausta ja koko tulipalloryhmä pääsi töihin käsiksi. Aluksi kerättiin kaikki saatavilla oleva kuva-aineisto ja niiden avulla määritettiin lentorata ja rata Aurinkokunnassamme mahdollisimman tarkasti. Osoittautui, että lentorata oli Haapajärveltä Kristiinankaupunkiin ja meteorin alin piste oli 112,6 km korkeudella, jossa se myös katosi kuvista. Ilmakehässä meteori näkyi kaikkiaan noin viisi sekuntia ja näkyvän radan pituudeksi tuli noin 410 km. Ratamääritys osoitti, että planeettojen lähiohituksia ei ollut tapahtunut, joten alkoi näyttää siltä, että kappale oli tullut Aurinkokuntaamme tähtienvälisestä avaruudesta. Toinen vaihtoehto olisi, jos se kuului Aurinkokuntaamme, niin silloin sen alkuperä oli kaukana Oortin pilvessä ja sen rata oli hyperbolinen. Kappaleen kooksi arvioitiin noin 1 kg luokkaa oleva massa.

Mutta mitä mieltä olivat muut tutkijat, olisivatko he samaa mieltä asiasta? Tulipalloryhmällä on aikaisemminkin ollut yhteyksiä eripuolille maapalloa, joten oli luontevaa pyytää espanjalaisia kollegoita mukaan tutkimaan tapausta. Suomesta luovutetun aineiston perusteella Espanjan havaintoverkon johtaja Josep Maria Trigo-Rodríguez Katalonian avaruustutkimuksen instituutista (IEEC) kertoi heidän tutkimuksensa olevan samansuuntainen, meteoroidi oli mitä suurimmalla todennäköisyydellä tullut tähtienvälisestä avaruudesta. WAU!

Tapaus on ensimmäinen laatuaan, joka on a) harrastajien tekemä löytö ja b) ylipäätään ensimmäinen havainto näin pienestä kappaleesta. Kaikkia tunnetaan viisi tähtienvälisestä avaruudesta tullutta kappaletta. Kaksi näistä on Papua-Uusi-Guinea 2014 ja Portugali 2017 yllä havaitut kappaleet, mutta ne havaittiin Yhdysvaltain sotilaallisilla satelliiteilla ja tietoja niistä on tihkunut hyvin niukasti. Aikaisemmista radiohavainnoista tiedetään, että hyvin nopeasti liikkuvia pieniä kappaleita on aikaisemminkin liikkunut maapallon läheisyydessä, mutta ne ovat olleet yksittäisiä tapauksia ja niiden tutkiminen lähemmin on tietysti ollut mahdotonta.

Kaikki nämä havainnot yhdessä tietysti osoittavat sen, että emme elä kovinkaan täydellisessä kuplassa, vaan Aurinkokuntamme on vahvassa vuorovaikutuksessa myös tähtienvälisen avaruuden kanssa. Tällaisesta vuorovaikutuksesta on myös isompien kappaleiden osalta hyviä esimerkkejä. 1I/Oumuamua vuonna 2017 ylitti uutiskynnyksen ja sen kulkua Aurinkokunnassamme seurattiin tiedotusvälineissä hyvin tiiviisti. Erityisesti kappaleen koko ja muoto aiheutti villejä spekulaatioita sen alkuperästä ja rakenteesta. Loppujen lopuksi se paljastui litteähköksi levyksi ja on tällä hetkellä poistumassa Aurinkokunnastamme. Toinen kappale mutta ei aivan yhtä suurta huomiota saanut oli komeetta 2I/Borisov vuonna 2019. Olisiko mahdollista, että Suomessa havaittu tähtienvälinen meteoroidi luetteloitaisiin 3I/Ursa:ksi, jäänee nähtäväksi?

Mutta tarina saa jatkoa. Barcelonan autonomisen yliopiston (UAB) tukija Eloy PeñaAsension on tekemässä väitöskirjaansa ja tästä tapauksesta laadittu tutkimusraportti tulee osa sitä. Aikaisemmin hän on tutkinut yhdessä Trigo-Rodríguezin kanssa Yhdysvaltojen satelliittidataa. Raportin kirjoittajiksi on myös merkitty espanjalaisten lisäksi suomalaiset tulipalloryhmän jäsenet: Jaakko Visuri (Ursa), Maria Gritsevich (Ursa/ MML/Paikkatietokeskus/Helsingin yliopisto Fysiikanlaitos), Markku Siljama (Ursa), Jarmo Moilanen (Ursa, MML/Paikkatietokeskus/Helsingin yliopisto Fysiikanlaitos), Harri Kiiskinen (Jyväskylän Sirius) sekä Markku Lintinen (Tampereen Ursa).

Lähteet

1.       Tähdet ja avaruus -lehti no. 2/2023: Mikko Suominen ja Marko Pekkola: Suomen yllä viiletti tähtienvälinen meteoroidi.

2.       54th Lunar and Planetary Science Conference 2023: E. Peña-Asensio & All: The Finnish Hyperbolic Grazing meteor: Are Interstellaer Earth Imapactors Biased?

3.       Tampereen Ursa revontulikamerat (kuva).