Planetaarinen kiekko Suuren Magellanin pilven tähdellä

 Tähtitieteilijät ovat tehneet merkittävän löydön havaitessaan naapurigalaksi Suuressa Magellanin pilvessä planetaarisen kiekon nuoren tähden ympäriltä. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun galaksimme ulkopuolelta on löydetty materiakiekko, joka on identtinen omien Linnunratamme planeettoja muodostavien kiekkojen kanssa. Havainto tehtiin Chilessä sijaitsevalla Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -teleskooppiverkostolla (ALMA), jonka yhteistyökumppani Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on.

 

Taiteilijan näkemys kiekosta ja suihkusta nuoressa tähtisysteemissä HH 1177. Kuva ESO.

"Kun näin ALMA:n datassa ensimmäisen kerran todisteita pyörivästä rakenteesta, en voinut uskoa, että olimme havainneet ensimmäisen ekstragalaktisen kertymäkiekon. Se oli aivan erityinen hetki", sanoi Anna McLeod, Durhamin yliopiston apulaisprofessori Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja tänään Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. "Tiedämme, että kiekot ovat omassa galaksissamme ehdottoman tärkeitä tähtien ja planeettojen muodostumiselle, ja nyt näemme ensimmäistä kertaa suoran todisteen tästä toisessa galaksissa". 

Tutkimus on jatkoa ESO:n VLT-teleskoopin MUSE-instrumentilla (Multi Unit Spectroscopic Explorer) tehdyille havainnoille, joissa muodostumassa olevasta tähdestä havaittiin suihku. Järjestelmä sai nimekseen HH 1177, ja se sijatsee syvällä Suuren Magellanin pilven kaasupilven sisällä. "Löysimme tästä nuoresta massiivisesta tähdestä lähtevän suihkun, ja sen olemassaolo on merkki järjestelmässä tapahtuvasta kiekon kasvamisesta", McLeod sanoi. Varmistaakseen, että tällainen kiekko todella on olemassa, tutkimusryhmän oli mitattava tähden ympärillä olevan tiheän kaasun liikettä.

Aineen kulkeutuessa kasvavaa tähteä kohti, se muodostaa litteän ja pyörivän kiekon tähden ympärille. Lähempänä keskustaa kiekko pyörii nopeammin, ja juuri tämä nopeusero on tähtitieteilijöille merkkinä siitä, että kyseessä on nimenomaan kertymäkiekko.

"Valon taajuus muuttuu sen mukaan, kuinka nopeasti valoa säteilevä kaasu liikkuu meitä kohti tai meistä poispäin", selitti Jonathan Henshaw, brittiläisen Liverpool John Mooresin yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen kirjoittajista. Kyseinen on nimeltään Dopler-ilmiö ja sitä hyödynnetään laajasti erilaisten nopeuksien havaitsemiseen.

Tarkkojen ALMA:n taajuusmittausten avulla tutkijat pystyivät erottamaan kiekoille tyypillisen pyörimisen, mikä vahvisti havaitun ensimmäisen ekstragalaktisen nuoren tähden ympärillä olevan planetaarisen kiekon olevan todellinen.

Havaitun kaltaiset massiiviset tähdet muodostuvat ja kehittyvät paljon nopeammin kuin auringonkaltaiset pienimassaiset tähdet. Meidän galaksissamme näitä massiivisia tähtiä on tunnetusti vaikea havaita. Usein pölyinen materia, josta ne muodostuvat kiekon muodostuessa niiden ympärille, peittää ne näkyvistä. 160 000 valovuoden päässä sijaitsevassa Suuressa Magellanin pilvessä materia, josta uudet tähdet syntyvät, on kuitenkin hyvin erilaista kuin Linnunradassa. Pienemmän pölypitoisuuden ansiosta HH 1177 ei enää ole piilossa syntykotelossaan, mikä antaa tähtitieteilijöille esteettömän, joskin kaukaisen näkymän tähtien ja planeettojen muodostumiseen.

"Elämme tähtitieteen laitteiden osalta nopean teknologisen kehityksen aikakautta", McLeod sanoi. "On hyvin jännittävää, että voimme tutkia, miten tähdet muodostuvat niin uskomattomilla etäisyyksillä eri galaksissa".

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “A likely Keplerian disk feeding an optically revealed massive young star”, joka julkaistaan Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06790-2) lehdessä. Kiekkoa havaittiin Suuren Magellanin pilven alueella nimeltään LHA 120-N 180B, jota on käsitelty aikaisemmassa ESO:n lehdistötiedotteessa "Vastasyntyneiden tähtien muodostamia kuplia". 

 

Webb in ja Hubblen havainnot yhdistettiin

NASA/ESA/CSA James Webb-avaruusteleskooppi ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskooppi ovat yhdessä havainneet laajaa galaksijoukkoa, joka tunnetaan nimellä MACS0416. Tuloksena oleva pankromaattinen kuva yhdistää näkyvän ja infrapunavalon muodostaen yhden kattavimmista koskaan saavutetuista universumin näkymistä. Noin 4,3 miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitseva MACS0416 on muodostunut kahdesta törmääväästä galaksijoukkosta, jotka lopulta yhdistyvät muodostaen vielä suuremman joukon.

Galaksijoukko MACS0416 jossa on gravitaatiolinssin korostaman taustagalaksi, joka oli olemassa noin 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tuo galaksi sisältää kohteen, jonka havaittu kirkkaus vaihtelee ajan myötä ja jonka tiederyhmä antoi lempinimen "Mothra". Mothra on tähti, jonka kuva on suurentunut vähintään 4 000 kertaiseksi. Tiimi uskoo, että Mothran kuvaa ei suurenna vain galaksijoukon MACS0416 gravitaatio, vaan myös "millilinssinä" tunnettu kohde, jonka massa on suunnilleen yhtä paljon kuin pallomaisella tähtijoukolla.

Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Espanja), J. D'Silva (U. Länsi-Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU) ja H. Yan (U. Missouri)

Kuva paljastaa runsaasti yksityiskohtia, jotka ovat mahdollisia vain yhdistämällä molempien avaruusteleskooppien havainnot. Se sisältää joukon galakseja joukon ulkopuolella ja joukon lähteitä, jotka vaihtelevat ajan myötä, todennäköisesti gravitaatiolinssien vuoksi – kaukaisten taustalähteiden valon vääristymisestä ja vahvistumisesta.

Tämä klusteri oli ensimmäinen joukko Hubble-ohjelmasta nimeltä Frontier Fields, jo käynnistettiin vuonna 2014. Hubble oli edelläkävijä etsiessään joitain luonnostaan himmeimpiä ja nuorimpia koskaan havaittuja galakseja. Webbin infrapunanäkymä vahvistaa merkittävästi näitä havaintoja ulottumalla vielä pidemmälle varhaiseen universumiin.

Kuvan tekemiseksi valon lyhyimmät aallonpituudet olivat yleensä värikoodattua siniselle, pisimmät punaiselle ja keskiaallonpituudet vihreälle kanavalle. Laaja aallonpituusalue, 0,4 – 5 mikromteriä, tuottaa erityisen näyttävän galaksimaiseman.

Nämä värit antavat vihjeitä galaksien etäisyyksistä: sinisimmät galaksit ovat suhteellisen lähellä ja niissä esiintyy usein voimakasta tähtien muodostumista, joita Hubble havaitsee parhaiten, kun taas punaisemmat galaksit ovat yleensä kauempana, joita Webb havaitsee infrapunaisella aallonpituuksilla. Jotkut galaksit näyttävät myös erittäin punaisilta, koska ne sisältävät runsaasti kosmista pölyä, joka pyrkii imemään sinisempiä tähtien valon värejä.

Vaikka uudet Webb-havainnot edistävät tätä esteettistä näkemystä, ne otettiin tiettyyn tieteelliseen tarkoitukseen. Tutkimusryhmä yhdisti kolme havaintoaikakauttaan, joista jokainen tehtiin viikkojen välein, neljänteen aikakauteen CANUCS-tutkimusryhmästä (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). Tavoitteena oli etsiä kohteita, joiden havaittu kirkkaus vaihtelee ajan myötä.

He tunnistivat 14 tällaista kohdetta. Kaksitoista niistä sijaitsi kolmessa galaksissa, jotka suurentuivat voimakkaasti gravitaatiolinssin vaikutuksesta, ja ne ovat todennäköisesti yksittäisiä tähtiä tai monitähtijärjestelmiä, jotka ovat hetkellisesti erittäin suurentuneet. Loput kaksi kohdetta ovat maltillisemmin suurentuneissa taustagalakseissa ja ovat todennäköisesti supernovija.

Niin monien muutuvan kohteen löytäminen suhteellisen lyhyen ajanjakson havainnoista viittaa siihen, että tähtitieteilijät voisivat löytää paljon enemmän vastaavia kohteita tästä klusterista ja muista sen kaltaisista säännöllisestä seurannasta Webbin avulla.

Ryhmän tunnistamista muuttuvista kohteista yksi erottui erityisesti joukosta. Sijaitsee galaksissa, joka oli olemassa noin 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, ja se on suurentunut kertoimella 4 000 vähintään. Tiimi antoi lempinimen tähtijärjestelmä ”Mothra” kuvatakseen sen "hirviöluonnetta". Se on sekä erittäin kirkas että erittäin suurentunut. Se liittyy toiseen linssittyneeseen tähteen, jonka tutkijat ovat aiemmin tunnistaneet ja jolle he antoivat lempinimen ”Godzilla”. Sekä Godzilla että Mothra ovat jättiläisiä hirviöitä, jotka tunnetaan japanilaisessa elokuvassa kaijuna.

Mielenkiintoista on, että Mothra näkyy myös yhdeksän vuotta aiemmin tehdyissä Hubblen havainnoissa. Tämä on epätavallista, koska etualalla olevan galaksijoukon ja taustatähden välinen hyvin tarkka kohdistus tarvitaan tähden suurentamiseksi niin paljon. Tähden ja joukon keskinäisten liikkeiden olisi lopulta pitänyt eliminoida tämä kohdistus.

Todennäköisin selitys on, että etualan klusterin sisällä on ylimääräinen kohde, joka lisää suurennusta. Ryhmä pystyi rajoittamaan massansa olemaan 10 000 – 1 miljoona kertaa Auringon massainen. Tämän "millilinssin" tarkka luonne on kuitenkin edelleen tuntematon. On mahdollista, että kohde on pallomainen tähtijoukko, joka on liian himmeä Webbille suoraan havaittavaksi.

Tässä esitetyt Webb-tiedot saatiin osana PEARLS-ohjelmaa (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), GTO-ohjelmaa 1176 .