ESO:n teleskoopit ovat auttaneet pulsarin arvoituksen selvittämisessä

eso2315fi — Tutkimustiedote 30. elokuuta 2023, Turku

Tähtitieteilijät ovat paljastaneet pulsarin oudon käyttäytymisen syyn laajan havaintokampanjan avulla, johon osallistui 12 teleskooppia. Mukana oli sekä maassa että avaruudessa sijaitsevia havaintolaitteita, mukaan lukien kolme Euroopan eteläisen observatorion (ESO) yksikköä. Tämän salaperäisen kohteen kahden kirkkaustilan tiedetään vaihtuvan lähes jatkuvasti, minkä syy on tähän asti ollut arvoitus. Tähtitieteilijät ovat nyt havainneet, että hyvin lyhyiden jaksojen aikana pulsarista sinkoutuu purkausten aikana äkillisesti materiaa, mikä on näiden outojen muutosten syy.

Taiteilijan näkemys pursarista. Katso myös video, joka selväntää tapahtumia. Kuva ESO/M. Kornmesser.

"Olemme todistaneet poikkeuksellisia kosmisia tapahtumia, joissa valtavat määrät ainetta ammutaan avaruuteen kosmisten tykinkuulien tavoin sekunnin kymmenesosien aikaskaalassa pienestä, tiheästä taivaankappaleesta, joka pyörii uskomattoman suurilla nopeuksilla", sanoi Maria Cristina Baglio, New Yorkin yliopiston Abu Dhabin tutkija, joka on Italian kansallisesta astrofysiikan instituuttista (INAF), ja tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistun artikkelin pääkirjoittaja.

Pulsari on nopeasti pyörivä, voimakasmagneettinen tähti, joka lähettää sähkömagneettista säteilyä keilamaisesti avaruuteen. Pyöriessään tämä sädekeila pyyhkäisee maailmankaikkeuden poikki muistuttaen ympäristöään skannaavaa majakkaa. Tähtitieteilijät havaitsevat kohdetta säteilykeilan leikatessa Maan näkösuunnan. Tämä saa meistä katsottuna tähden näyttämään kirkkaalta pulssilta.

PSR J1023+0038, tai lyhyesti J1023, on erityinen pulsarityyppi, joka käyttäytyy oudosti. Se sijaitsee noin 4 500 valovuoden päässä Sekstantin tähdistössä ja kiertää lähellä toista tähteä. Tämän vuosikymmenen aikana pulsari on aktiivisesti irrottanut kumppanistaan materiaa, joka kerääntyy pulsarin ympärillä olevaan kiekkoon ja putoaa hitaasti sitä kohti.  

Materian kertymisen alettua sädekeila käytännöllisesti katsoen katosi ja pulsari alkoi jatkuvasti vaihtaa tilaansa kahden eri tilan välillä. "Korkeassa" tilassa pulsari lähettää voimakasta röntgensäteilyä, ultraviolettisäteilyä ja näkyvää valoa, kun taas "matalassa" tilassa se himmenee näillä taajuuksilla ja emittoi enemmän radioaaltoja. Pulsari voi pysyä kussakin tilassa useita sekunteja tai minuutteja, minkä jälkeen se vaihtaa toiseen tilaan vain muutamassa sekunnissa. Tämä tilan vaihtumisen syy on ollut tähtitieteilijöille arvoitus. 

"Tämän pulsarin käyttäytymisen ymmärtämiseksi tehty ennennäkemätön havainnointikampanjamme sisälsi kymmenkunta huippuluokan maanpäällistä ja avaruudessa olevaa teleskooppia", sanoi Francesco Coti Zelati, tutkija avaruustieteiden instituutissa Barcelonassa, Espanjassa, ja artikkelin toinen pääkirjoittaja.

Havaintokampanjaan kuuluivat ESO:n VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja ESO:n NTT-teleskooppi (New Technology Telescope), jotka havaitsivat näkyvää ja lähi-infrapuna-alueen valoa, sekä Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on mukana kumppanina. Kahden yön aikana kesäkuussa 2021 tehdyissä havainnoissa he huomasivat kohteen tekevän yli 280 vaihdosta korkean ja matalan tilan välillä.

"Olemme havainneet, että tilan vaihtuminen johtuu monimutkaisesta vuorovaikutuksesta pulsarituulen, eli suurienergisten pulsarista poispäin liikkuvien hiukkasten virtauksesta, ja pulsaria kohti virtaavan materian välillä", sanoi Coti Zelati, joka on myös INAF:ista.

Matalassa tilassa pulsaria kohti virtaava materia karkaa kapeana suihkuna kohtisuoraan suuntaan kiekkoon nähden. Vähitellen materiaa kasaantuu lähemmäs ja lähemmäs pulsaria ja tämän tapahtuessa pulsarista ulospäin puhaltava tuuli osuu siihen, jolloin materia kuumenee. Pulsari on silloin korkeassa tilassa lähettäen voimasta röntgensäteilyä, ultraviolettisäteilyä ja näkyvää valoa. Lopulta pulsari poistaa kuuman aineen kasaumat suihkuna. Kun kiekossa on vähemmän kuumaa materiaa, pulsari ei ole enää niin kirkas ja tila vaihtuu takaisin matalaan tilaan.

Vaikka tämä löytö on selvittänyt J1023:n oudon käyttäytymisen arvoituksen, tähtitieteilijöillä on vielä paljon opittavaa tästä ainutlaatuisesta kohteesta. ESO:n teleskoopit ovat edelleen tähtitieteilijöiden apuna tämän erikoisen pulsarin havainnoissa. Erityisesti Chilessä rakenteilla oleva ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope) tulee mahdollistamaan upean näkymän J1023:n tilan kytkentämekanismeihin. "Pystymme ELT:n avulla saamaan keskeistä tietoa siitä, miten pulsarin ympärille virtaavan materian määrä, jakautuminen, dynamiikka ja energia vaikuttavat tilan vaihtumisen tapaan" kertoi Sergio Campana lopuksi. Hän on INAF Breran observatorion tutkimusjohtaja ja yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus julkaistaan Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202346418) lehdessä.

Neptunuksen arvoituksellinen tumma pilkku on havaittu ensimmäistä kertaa maanpinnalta

eso2314fi — Tutkimustiedote

Tähtitieteilijät ovat havainneet suuren tumman pilkun Neptunuksen kaasukehässä ESO:n VLT-teleskooppia käyttäen (Very Large Telescope). Pilkun vieressä on odottamaton pienempi kirkas piste. Tämä on ensimmäinen kerta, kun planeetan tumma pilkku on havaittu maanpäällisellä teleskoopilla. Nämä aina välillä Neptunuksen ilmakehän sinisessä taustassa esiintyvät ilmiöt ovat mysteeri tähtitieteilijöille, ja uudet tulokset antavat lisää vihjeitä niiden luonteesta ja alkuperästä.

Tässä kuvassa näkyy Neptunus havaittuna MUSE-instrumentilla ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope). Jokaisessa pikselissä MUSE jakaa tulevan valon eri aallonpituuksiin. Oikealla oleva kuva yhdistää kaikki MUSE:n vangitsemat värit "luonnolliseksi" Neptunusnäkymäksi, jossa tumma täplä näkyy oikeassa yläkulmassa. aallonpituudet ovat: 551 nanometriä (sininen), 831 nm (vihreä) ja 848 nm (punainen); Huomaa, että värit ovat vain suuntaa antavia näyttötarkoituksia varten.

Tumma pilkku on näkyvin lyhyemmillä (sinisillä) aallonpituuksilla. Aivan tämän tumman pisteen vierestä on pieni kirkas pilvi, joka näkyy tässä vain keskimmäisessä kuvassa 831 nm:ssä ja se sijaitsee syvällä ilmakehässä. Tämän tyyppistä syvää kirkasta pilviä ei ollut koskaan aiemmin tunnistettu planeetalla. Kuvissa näkyy myös useita muita matalampia kirkkaita pilviä kohti Neptunuksen vasenta alareunaa pitkillä aallonpituuksilla.

Neptunuksen tumman pilkun kuvaaminen maanpinnalta oli mahdollista vain VLT:n Adaptive Optics Facilityn ansiosta, joka korjaa ilmakehän turbulenssin aiheuttaman epätarkkuuden ja antaa MUSElle mahdollisuuden saada kristallinkirkkaat kuvat. Kuva ESO/P. Irwin & al.

--

Suuret pilkut ovat yleisiä piirteitä jättiläisplaneettojen ilmakehissä, joista tunnetuin on Jupiterin suuri punainen piste. NASAn Voyager 2 löysi Neptunuksesta tumman pisteen ensimmäisen kerran vuonna 1989, ennen kuin se katosi muutamaa vuotta myöhemmin. " Tumman pilkun ensimmäisestä löydöstä lähtien olen aina ihmetellyt, mitä nämä lyhytikäiset ja vaikeasti havaittavat tummat piirteet ovat ", sanoo päätutkijana Patrick Irwin, professori Oxfordin yliopistosta Iso-Britanniasta ja tänään Nature Astronomy -lehdessä julkaistusta tutkimuksesta. 

Irwin ja hänen tutkimusryhmänsä käyttivät ESO:n VLT-teleskoopilla otettua havaintoaineistoa sulkeakseen pois sen mahdollisuuden, että tummat pilkut johtuvat pilvien "selkenemisestä". Uudet havainnot osoittavat kuitenkin, että tummat pilkut johtuvat todennäköisesti ilmakehän hiukkasten tummumisesta enimmäkseen näkyvän usvakerroksen alapuolella olevassa kerroksessa, kun jäät ja usva sekoittuvat Neptunuksen kaasukehässä.

Tämän johtopäätöksen tekeminen ei ollut helppoa, koska tummat pilkut eivät ole Neptunuksen ilmakehässä pysyviä piirteitä eivätkä tähtitieteilijät olleet koskaan aikaisemmin kyenneet tutkimaan niitä riittävän yksityiskohtaisesti. Tähän tuli kuitenkin tilaisuus sen jälkeen, kun NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi havaitsi Neptunuksen kaasukehässä useita tummia pilkkuja, joista yksi oli planeetan pohjoisella pallonpuoliskolla ja joka oli havaittu ensimmäisen kerran jo vuonna 2018. Irwin ja hänen tutkimusryhmänsä ryhtyivät heti tutkimaan sitä maanpinnalla olevalla instrumentilla, joka sopii ihanteellisesti näihin haastaviin havaintoihin.

Tutkijat pystyivät VLT:n Multi Unit Spectroscopic Explorerin (MUSE) avulla hajottamaan Neptunuksesta heijastunutta auringonvaloa ja sen pilkun valon eri aallonpituuksiin ja saamaan kohteesta 3D-spektrin  [1]. Tämä tarkoitti sitä, että he pystyivät tutkimaan pilkkua tarkemmin kuin aiemmin oli ollut mahdollista. "Olen aivan innoissani siitä, että olen pystynyt tekemään ensimmäisen havainnon tummasta pilkusta maanpinnalta, sekä olen myös saanut otettua ensimmäistä kertaa tästä heijastusspektrin", Irwin sanoi.

Koska eri aallonpituuksilla havaitaan Neptunuksen kaasukehän eri syvyyksiä, spektrin avulla tähtitieteilijät pystyivät määrittämään paremmin tumman pilkun korkeuden planeetan kaasukehässä. Spektrin avulla saatiin myös tietoa ilmakehän eri kerrosten kemiallisesta koostumuksesta, mikä antoi ryhmälle vihjeitä siitä, miksi täplä näytti tummalta.

Havainnot tarjosivat myös yllätyksen. "Löysimme prosessin aikana harvinaisen syvän kirkkaan pilvityypin, jota ei oltu koskaan aiemmin tunnistettu edes avaruudesta", kertoi Kalifornian yliopiston tutkija Michael Wong Berkeleystä, Yhdysvalloista. Tämä harvinainen pilvityyppi näkyi kirkkaana pisteenä aivan suuremman tumman pilkun vieressä. VLT:n data osoittaa, että uusi "syvä kirkas pilvi" oli ilmakehässä samalla tasolla kuin tumma pilkku. Tämä tarkoittaa, että se on täysin uudenlainen piirre verrattuna aiemmin havaittuihin pieniin korkealla sijaitseviin metaanijääpilviin.

Tähtitieteilijät pystyvät nyt ESO:n VLT:n avulla tutkimaan näiden pilkkujen kaltaisia kohteita Maasta. "Tämä on hämmästyttävä lisä kyvyssämme havaita maailmankaikkeutta. Pystyimme aikaisemmin havaitsemaan nämä pilkut vain lähettämällä sinne luotaimia, kuten Voyagerin. Pystyimme sitten havaitsemaan niitä etänä Hubblella. Lopulta teknologian kehitys on tehnyt saman mahdolliseksi maanpinnalta,” totesi Wong, ennen kuin lisäsi leikillisesti: "Tämä voisi tehdä minut työttömäksi yhtenä Hubblen havaitsijoista!"

Huomautukset

[1] MUSE on 3D-spektrografi, jonka avulla tähtitieteilijät voivat havaita koko kohdetta samalla kertaa, kuten tässä tutkimuksessa Neptunusta. Mittalaite havaitsee kuvan jokaisessa pikselissä valon voimakkuutta värin tai aallonpituuden funktiona. Lopputuloksena on data, joka muodostaa 3D-kuvan, jossa kuvan jokaisessa pikselissä on mukana koko valon spektri. MUSE mittaa samanaikaisesti yli 3500:a väriä. Instrumentti on suunniteltu hyödyntämään adaptiivista optiikkaa, joka korjaa Maan ilmakehän turbulenssin vaikutuksia, jolloin saadaan terävämpiä kuvia kuin muuten olisi mahdollista. Ilman näitä ominaisuuksia Neptunuksen tumman pilkun tutkiminen maanpinnalta ei olisi ollut mahdollista.

Uuden tyyppinen tähti antaa vihjeitä magnetarien arvoitukselliselle alkuperälle

eso2313fi — Tutkimustiedote 17. elokuuta 2023

Magnetarit ovat maailmankaikkeuden vahvimpia magneetteja. Nämä ovat supertiheitä energiaa tuottamattomia tähtiä, joilla on ultravahvat magneettikentät. Magnetareja on ympäri galaksiamme, mutta tähtitieteilijät eivät tiedä tarkalleen, miten ne muodostuvat. Tutkijat ovat nyt löytäneet yhden aktiivisen tähden, josta todennäköisesti tulee magnetari. Löydössä on käytetty useita teleskooppeja ympäri maailman, mukaan lukien Euroopan eteläisen observatorion ESO:n havaintopaikat. Havainto tarkoittaa uudentyyppisen tähtitieteen kohteen: massiivisten magneettisten heliumtähtien löytämistä. Löytö auttaa myös magnetarien alkuperän selvittämisessä.

 

Taiteilijan näkemys magnetarista ja sen voimakkaasta magneettikentästä. HD 45166 on osa kaksoistähtijärjestelmää. Taustalla on HD 45166:n kumppani, joka on tavallinen sininen tähti. Sen on havaittu kiertävän paljon suuremmalla etäisyydellä kuin aiemmin on raportoitu. Kuva: ESO/L. Calçada

 

Huolimatta siitä, että tähteä HD 45166 on havaittu yli 100 vuoden ajan, sen arvoituksellista toimintaa ei olla kyetty selittämään tavanomaisilla malleilla. Siitä tiedettiin aiemmin vain vähän. Tiedettiin, että se on toinen tähti kaksoistähdessä [1], siinä on runsaasti heliumia ja se on muutama kerta Aurinkoamme massiivisempi.

"Tästä tähdestä tuli pieni pakkomielteeni", sanoi Tomer Shenar, joka on tänään Science-lehdessä julkaistun tähteä koskevan tutkimuksen pääkirjoittaja ja tähtitieteilijä Amsterdamin yliopistossa Alankomaissa. 

"Tomer ja minä puhumme HD 45166:sta 'zombitähtenä' ", sanoi yksi artikkelin kirjoittajista, ja ESO:n tähtitieteilijä Julia Bodensteiner, jonka kotipaikka on Saksassa. "Tämä ei johdu vain siitä, että tämä tähti on niin ainutlaatuinen, vaan myös siitä, että sanoin leikillisesti, että se muuttaa Tomerin zombiksi".

Tutkittuaan aiemmin samanlaisia heliumpitoisia tähtiä Shenar ajatteli, että magneettikentät voisivat olla tärkeässä roolissa. Magneettikenttien tiedetään vaikuttavan tähtien käyttäytymiseen, ja ne voisivat selittää, miksi HD 45166:ta ei olla kyetty kuvaamaan perinteisillä malleilla. Tähti sijaitsee noin 3 000 valovuoden päässä Yksisarvisen tähdistössä. "Muistan Heureka-hetken lukiessani kirjallisuutta: 'Entä jos tähti on magneettinen?', sanoi Shenar, joka toimii tällä hetkellä astrobiologian keskuksessa Madridissa, Espanjassa.

Shenar ja hänen tutkimusryhmänsä päättivät tutkia tähteä useilla tutkimusyksiköillä ympäri maailman. Tärkeimmät havainnot tehtiin helmikuussa 2022 Canada-France-Hawaii-teleskoopilla, jolla voidaan havaita ja mitata magneettikenttiä. Tutkimusryhmä käytti myös ESO:n Chilessä sijaitsevan La Silla observatorion Fiber-Fed Extended Range Optical Spectrograph, eli FEROS-instrumentin arkistoaineistoa.

Kun havainnot oli tehty, Shenar pyysi kolleega Gregg Wadea, Kanadan kuninkaallisen sotakorkeakoulun tähtien magneettikenttien asiantuntijaa, tutkimaan havaintoaineistoa. Waden vastaus vahvisti Shenarin aavistuksen: "Kuule kaveri, olipa tämä mikä tahansa, niin se on ehdottomasti magneettinen".

Shenarin tutkimusryhmä oli havainnut, että tähdellä on uskomattoman voimakas magneettikenttä 4,3 T (Teslaa). Tämän ansiosta HD 45166 on tähän mennessä löydetyistä massiivisista tähdistä kaikkein magneettisin [2]. "Heliumtähden koko pinta on yhtä magneettinen kuin voimakkaimmat ihmisten tekemät magneetit", yksi tutkimuksen tekijöistä Pablo Marchant, tähtitieteilijä KU Leuvenin tähtitieteen instituutista Belgiasta, kertoi. 

Tämä havainto merkitsee ensimmäisen massiivisen magneettisen heliumtähden löytymistä. "On jännittävää löytää uudenlainen tähtitieteen kohde", Shenar sanoi, "varsinkin kun se on periaatteessa ollut näkyvillä koko ajan".

Lisäksi se antaa lisää tietoa magnetarien alkuperästä, joiden magneettikentät ovat vähintään miljardi kertaa vahvempia kuin HD 45166:ssa. Tutkimusryhmän laskelmat viittaavat siihen, että tämä tähti päätyy lopulta magnetariksi. Tähden romahtaessa oman painovoimansa alla sen magneettikenttä vahvistuu, ja tähdestä tulee lopulta hyvin tiheä ydin, jonka magneettikenttä on noin 10 miljoonaa Teslaa tehden siitä maailmankaikkeuden voimakkaimman magneetin.

Shenar ja hänen tutkimusryhmänsä havaitsivat myös, että HD 45166:n massa on aiemmin raportoitua pienempi, noin kaksi kertaa Auringon massainen. Lisäksi sen tähtipari kiertää paljon suuremmalla etäisyydellä kuin aiemmin uskottiin. Heidän tutkimuksensa myös osoittavat, että HD 45166 muodostui kahden pienemmän heliumpitoisen tähden yhdistyessä. "Tuloksemme muokkaavat täysin käsitystämme HD 45166:sta", totesi Bodensteiner lopuksi.

Lisähuomiot

[1] Vaikka HD 45166 on kaksoistähtijärjestelmä, niin tässä tekstissä HD 45166 viittaa vain heliumpitoiseen tähteen, ei molempiin.

[2] 4,3 Teslan vahvuinen magneettikenttä on voimakkain magneettikenttä, joka on koskaan havaittu Chandrasekhar-massarajan ylittävässä tähdessä. Massaraja on kriittinen raja, jonka ylittyessä tähdet saattavat luhistua neutronitähdiksi (magnetarit ovat tietyn tyyppisiä neutronitähtiä).

[3] Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa, joka julkaistaan Science-lehdessä

(doi: science.org/doi/10.1126/science.ade3293).

 

EUCLID-LUOTAIN HAVAINNOI PIMEÄN AINEEN JA PIMEÄN ENERGIAN VAIKUTUKSIA

 Heinäkuun 1. päivänä (2023) Euroopan avaruusjärjestö ESA lähetti onnistuneesti Euclid-luotaimen, jonka tehtävänä on maailmankaikkeuden pimeän aineen ja pimeän energian vaikutusten havaitseminen. Luotaimen tekemät havainnot voivat paljastaa ennennäkemättömiä näkymiä maailmankaikkeuden rakenteesta ja kehityksestä.

Taiteilijan näkemys Eukleides-tehtävästä avaruudessa. Euclid on suunniteltu havaitsemaan kaukaisia ja laajoja kohteita, jotta tutkijat voisivat vastata joihinkin universumiamme koskeviin perustavanlaatuisimpiin kysymyksiin: Mitä ovat pimeä aine ja pimeä energia? Mikä rooli niillä oli kosmisen verkon muodostumisessa? Tehtävä luetteloi miljardeja kaukaisia ​​galakseja skannaamalla taivaan halki sen herkän kaukoputken avulla. Kuva ESA.

Euclidin tehtävänä on kerätä tietoa pimeästä aineesta, mystisestä aineesta, joka muodostaa noin 27% maailmankaikkeudesta, sekä pimeästä energiasta, joka vastaa noin 68% maailmankaikkeuden kokonaismassasta. Observatorion avulla tutkijat pyrkivät ymmärtämään pimeän aineen ja pimeän energian vuorovaikutusta ja vaikutusta maailmankaikkeuden laajenemiseen.

"Euclidin tavoitteena on vastata yhteen tärkeimmistä kysymyksistä, jotka meillä on kosmologiassa: Mikä on pimeän aineen ja pimeän energian luonne? Miten ne vaikuttavat maailmankaikkeuden rakenteeseen ja kehitykseen? Näitä vastauksia tarvitaan syvällisemmän käsityksen saavuttamiseksi universumista", kertoo ESA:n tiedottaja Maria Rodriguez.

Luotain on varustettu isolla peilikaukoputkella ja erittäin herkillä kamerajärjestelmillä, jotka voivat tarkkailla laajoja taivaan alueita. Euclid suorittaa kolme päätehtävää: havaitsee satoja miljoonia galakseja, kartoittaa niiden kolmiulotteista jakaumaa ja tarkkailee galaksien muutoksia ajan suhteen. Nämä mittaukset auttavat tutkijoita rakentamaan yksityiskohtaisen kuvan maailmankaikkeuden rakenteesta ja sen laajenemisen historiasta.

Vaikka Euclidin päätavoite on pimeän aineen ja pimeän energian ymmärtäminen, sen mittauksista voi olla hyötyä myös muille tieteenaloille. Luotain voi auttaa tutkijoita selvittämään galaksien evoluutiota, kuinka ne syntyvät ja kehittyvät ajan myötä. Lisäksi Euclid tarjoaa tietoa universumin suurista mittakaavoista ja sen muotoutumisesta aikojen saatossa.

Euclidin ensimmäiset kuvat on vastaanotettu, ja tutkijat ovat jo innoissaan näistä. Kuvat esittävät massiivisia galaksirykelmiä ja valtavia tyhjätiloja maailmankaikkeudessa. Nämä ensimmäiset kuvat ovat vasta alkua, ja odotamme innolla, mitä muuta Euclid paljastaa tulevissa havainnoissaan.

"Olemme erittäin iloisia nähdessämme ensimmäiset kuvat Euclidilta. Ne ovat jo nyt antaneet meille arvokasta tietoa kosmoksen rakenteesta ja auttaneet varmistamaan, että luotain toimii suunnitellusti", Rodriguez sanoo.

Euclid-luotaimen odotetaan pysyvän avaruudessa useita vuosia, mikä antaa tutkijoille runsaasti aikaa kerätä tietoa ja purkaa maailmankaikkeuden arvoituksia. EU:n, ESA:n ja kansainvälisen tieteellisen yhteisön odotukset ovat korkealla, ja odotamme innolla sitä, mitä tulevaisuus tuo tullessaan tämän kunnianhimoisen avaruuslennon suhteen.

Havaintolaiteet

Euclid-luotaimen VIS (Visible Imaging) -instrumentti on yksi tärkeimmistä työkaluista, jonka avulla tutkijat tarkastelevat maailmankaikkeuden galakseja ja niiden jakaumaa. VIS-kamera on suunniteltu havaitsemaan näkyvää valoa laajalla alueella taivaasta, mikä mahdollistaa suuren määrän tarkkoja havaintoja.

Euclidin VISible instrumentti (VIS) kuvaa taivasta näkyvässä valossa (550–900 nm) ottaakseen teräviä kuvia miljardeista galakseista ja mitatakseen niiden muotoja. Tämä kuva on otettu Euclidin käyttöönoton aikana sen tarkistamiseksi, että kohdistettu VIS-instrumentti toimii odotetulla tavalla. Koska se on suurelta osin prosessoimaton, jää jäljelle joitain ei-toivottuja kohteita – esimerkiksi kosmiset säteet, jotka näkyvät kuvissa suorina viivoina. Euclid Consortium muuttaa viime kädessä pidempään valotetut tutkimushavainnot tieteellisesti valmiiksi kuviksi, jotka ovat artefaktittomia, yksityiskohtaisempia ja veitsenteräviä.

Tämä ensimmäinen VIS-kuva on jo täynnä yksityiskohtia; näemme spiraali- ja elliptisiä galakseja, lähellä olevia ja kaukaisia ​​tähtiä, tähtijoukkoja ja paljon muuta. Mutta sen peittämä taivaan pinta-ala vain noin neljännes täydenkuun halkaisijasta. Euklidesin kaukoputki keräsi valoa 566 sekuntia, jotta VIS pystyi luomaan tämän kuvan. Kuva ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA. 

Kun Euclid aloitti tieteelliset havaintonsa, sen VIS-instrumentti otti ensimmäiset upeat kuvat, jotka kuvastivat galaksien rikasta monimuotoisuutta ja suuria rakenteita. Nämä tarkat kuvat paljastavat eri galaksien muotoja, värejä ja niiden sijoittumista suhteessa toisiinsa.

VIS-kameran laaja kuvakenttä ja herkkä havaitsemiskyky ovat mahdollistaneet massiivisten galaksirykelmien havaitsemisen. Galaksirykelmät ovat massiivisia, ja ne ovat yhteydessä toisiinsa gravitaation välityksellä. Näiden rykelmien tutkiminen auttaa tutkijoita ymmärtämään, miten galaksit muodostuvat ja liikkuvat avaruudessa.

Lisäksi VIS-instrumentti on havainnut suuria tyhjätiloja, joissa galakseja on harvassa tai niitä ei ole lainkaan. Nämä galaksien väliset tyhjät alueet, joita kutsutaan myös supervoidoiksi, ovat avainasemassa ymmärrettäessä maailmankaikkeuden rakenteen muodostumista. Supervoidit auttavat tutkijoita ymmärtämään, miten galaksit järjestyvät suurien avaruuden rakenteiden, kuten lankamaisen ja kalvomaisen rakenteen, muodostamiseksi.

Yhä tarkemmat VIS-kuvat auttavat myös tutkijoita erottelemaan erilaisia galaksityyppejä ja niiden ominaisuuksia. Kuvista voidaan tunnistaa esimerkiksi spiraaligalakseja, elliptisiä galakseja ja linssejä, mikä antaa vihjeitä galaksien kehityksestä ja evoluutiosta.

Euclidin VIS-instrumentti on saavuttanut ennennäkemättömän herkkyyden, mikä mahdollistaa myös havainnot hyvin himmeistä galakseista ja kaukaisista kohteista. Nämä havainnot auttavat ymmärtämään maailmankaikkeuden alkuaikoja ja sen kehitystä ajan suhteen.

Vaikka ensimmäiset VIS-instrumentin ottamat kuvat ovat jo nyt olleet vaikuttavia, tutkijat odottavat innolla tulevia havaintoja, kun luotain jatkaa toimintaansa Lagrangen (L2) pisteen haloradalla. Euclidin mittaukset ja kuvat tuovat merkittävää lisäarvoa kosmologian ja avaruuden tutkimukselle ja avaavat uusia mahdollisuuksia ymmärtää maailmankaikkeuden kauneutta ja monimutkaisuutta.

Euroopan avaruusjärjestön ja koko tieteellisen yhteisön odotukset ovat korkealla Euclid-luotaimen suhteen, ja sen VIS-instrumentti tulee varmasti tarjoamaan paljon uutta tietoa ja jännittäviä havaintoja lähivuosina. Euclidin lähettäminen avaruuteen on merkittävä askel kohti pimeän aineen ja pimeän energian arvoitusten selvittämistä, ja se voi viedä meitä askelen lähemmäksi ymmärrystä maailmankaikkeuden perusolemuksista.

Euclid-luotaimen infrapuna-alueen kamera on yksi sen tärkeimmistä instrumenteista, joka tarjoaa arvokasta tietoa maailmankaikkeuden salaisuuksista. Infrapuna on sähkömagneettisen spektrin alue, joka on näkyvän valon alapuolella ja mahdollistaa havainnot, joita ei voi tehdä perinteisen näkyvän valon kameran avulla.

Euclidin Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) -instrumentti on omistettu galaksien kullakin aallonpituudella lähettämän valon määrän mittaamiseen. Se kuvaa taivaan infrapunavalossa (900 – 2 000 nm) valon kirkkauden ja voimakkuuden mittaamiseksi. Tämä kuva on otettu Euclidin käyttöönoton aikana sen tarkistamiseksi, että tarkennettu instrumentti toimii odotetulla tavalla.

Tämä on raakakuva, joka on otettu NISP:n Y-suodattimella. Tämä ensimmäinen NISP-kuva on jo täynnä yksityiskohtia; näemme spiraali- ja elliptisiä galakseja, lähellä olevia ja kaukaisia ​​tähtiä, tähtijoukkoja ja paljon muuta. Mutta sen peittämä taivaan pinta-ala on itse asiassa vain noin neljännes täydenkuun leveydestä ja korkeudesta.

Euklidesin kaukoputki keräsi valoa 100 sekunnin ajan, jotta NISP pystyi luomaan tämän kuvan. Nimellisen toiminnan aikana sen odotetaan sieppaavan valoa noin viisi kertaa pidempään ja paljastaen monia kauempana olevia galakseja. Kuva ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA.

Infrapuna-aallonpituudet ovat pidempiä kuin näkyvän valon, mikä tarkoittaa, että ne voivat tunkeutua pölyn ja kaasun läpi helpommin. Tämä on erityisen tärkeää, kun tarkastellaan galakseja ja muita kaukaisia kohteita, jotka saattavat olla peitettyinä avaruuden pölypilvillä. Infrapuna mahdollistaa myös havainnot, jotka paljastavat kohteiden lämpösäteilyä, joka on hyödyllinen tieto galaksien koostumuksesta ja ominaisuuksista.

Infrapunakameran avulla Euclid voi tarkastella erilaisia kohteita, kuten tähtijoukkoja, kaasupilviä ja galaksien ytimestä lähteviä säteilyvirtoja. Nämä havainnot ovat tärkeitä, kun pyritään ymmärtämään tähtien ja galaksien muodostumista ja kehitystä.

Yksi Euclid-luotaimen infrapunakameran tärkeimmistä tehtävistä on tarkastella galaksien takana olevaa pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Pimeä aine ei säteile valoa, joten sitä ei voi havaita perinteisen valokuvauksen avulla. Infrapunakamera voi kuitenkin auttaa tutkijoita havaitsemaan pimeän aineen aiheuttamia heijastuksia tai vaikutuksia lähellä oleviin kohteisiin, mikä antaa vihjeitä sen läsnäolosta ja ominaisuuksista.

Lisäksi infrapunakameran avulla Euclid voi havaita kaukaisia galakseja ja kohteita, jotka ovat muuten näkymättömissä näkyvän valon spektrissä. Tämä on erityisen tärkeää, kun pyritään löytämään kaukaisia galakseja ja kartoittamaan avaruuden rakenteita, jotka ovat olennaisia ymmärtääksemme maailmankaikkeuden kehitystä ja evoluutiota.

Infrapunakameran avulla Euclid voi myös tehdä monia muita tieteellisiä havaintoja. Se voi tutkia tähtien kehityskaarat alusta loppuun, havaita lämpimien kaasupilvien ominaisuuksia, kaukaisia eksoplaneettoja sekä kvasaareja ja muita aktiivisia galaksien ytimiä, jotka säteilevät voimakkaasti infrapunavaloa.

Euclid ja kosmologia

Euclid-luotaimen infrapunakameralla ja muiden instrumenttien keräämillä havainnoilla on laaja-alainen vaikutus kosmologiaan ja avaruuden tutkimukseen. Nämä havainnot avaavat monia tieteellisiä näkymiä, jotka auttavat vastaamaan perustavanlaatuisiin kysymyksiin maailmankaikkeuden rakenteesta, kehityksestä ja koostumuksesta. Tässä on muutamia tärkeitä tieteellisiä tulevaisuuden näkymiä:

1. Pimeän aineen ja pimeän energian ymmärtäminen: Euclidin infrapunakamera ja muut instrumentit auttavat tarkastelemaan pimeän aineen ja pimeän energian vaikutusta maailmankaikkeuden laajenemiseen ja rakenteeseen. Näiden havaintojen avulla tutkijat voivat paremmin ymmärtää näiden mysteeristen komponenttien ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia. Tämä tieto auttaa meitä syventämään käsitystämme maailmankaikkeuden luonteesta ja koostumuksesta.

2. Galaksien ja galaksirykelmien evoluutio: Euclidin infrapunakamera mahdollistaa laajojen galaksikartoitusten tekemisen, mikä auttaa tutkijoita ymmärtämään galaksien syntyä, kehitystä ja liikettä avaruudessa. Havainnot galaksien ytimestä ja massiivisista galaksirykelmistä antavat tärkeitä vihjeitä niiden evoluutiosta.

3. Maailmankaikkeuden rakenteiden kartoitus: Infrapunakamera paljastaa näkymättömät kohteet, kuten pimeän aineen ja pimeän energian vaikutukset sekä kaukaiset galaksit ja kaasupilvet. Nämä havainnot auttavat tutkijoita kartoittamaan maailmankaikkeuden suuria mittakaavoja, kuten lankamaisia ja kalvomaisia rakenteita sekä galaksien välisiä supervoideja.

4. Tähtien ja planeettojen synty ja kehitys: Euclidin infrapunahavainnot auttavat tutkijoita ymmärtämään tähtien ja planeettojen syntyä ja kehitystä. Ne mahdollistavat lämpimien kaasupilvien ja nuorten tähtijoukkojen tarkkailun sekä kaukaisissa että lähempänä olevissa kohteissa.

5. Avaruuden alkuaikojen tutkimus: Infrapunakameran avulla Euclid voi havaita kaukaisia galakseja, jotka ovat muuten näkymättömissä. Nämä kaukaiset kohteet ovat olennaisia avaruuden alkuaikojen tutkimuksessa ja auttavat tutkijoita ymmärtämään maailmankaikkeuden alkuaikaisia olosuhteita ja kehitystä.

6. Mustien aukkojen ja kvasaarien tutkimus: Infrapunakameran herkkä havaitsemiskyky auttaa havaitsemaan aktiivisia galaksien ytimiä, kuten kvasaareja, jotka säteilevät voimakkaasti infrapunavaloa. Tällaiset havainnot auttavat meitä ymmärtämään mustien aukkojen kasvua ja vaikutusta niiden ympäristöön.

Kaiken kaikkiaan Euclid-luotaimen infrapunahavainnot ja muut tiedot avaavat uusia mahdollisuuksia kosmologiassa ja avaruuden tutkimuksessa. Ne auttavat meitä vastaamaan perustaviin kysymyksiin maailmankaikkeuden olemuksesta ja kehityksestä sekä syventämään ymmärrystämme avaruuden monimuotoisuudesta ja kauneudesta. Euclidin keräämät tiedot ovat arvokas panos tieteelliseen tutkimukseen ja voivat vaikuttaa merkittävästi koko ihmiskunnan käsitykseen maailmankaikkeuden perusolemuksista.