Maailman suurimman teleskoopin viimeinen peilisegmentti on valettu onnistuneesti

Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Erittäin suurta teleskooppia (ELT) rakennetaan parhaillaan Chilen Atacaman autiomaassa, ja sen valmistuminen on yhä lähempänä. Saksalainen SCHOTT-yhtiö on onnistuneesti valanut viimeisen 949:nnen peilisegmentin aihion, joka tulee teleskoopin M1-pääpeiliin. Halkaisijaltaan yli 39-metrinen M1-peili on ylivoimaisesti suurin koskaan teleskooppiin valmistettu peili.

Kuvassa on viimeinen valmistettu peilisegmentin aihio SCHOTT:in tehtaalla valmiina pakattavaksi ensimmäistä kuljetustaan varten. Tähän peilin pintaan on teipattu tulevan peilin ääriviivat (kuusikulmio) ja valmistuneen peiliaihion järjestysnumero 949th ja koko sarjan pituus 949. Kuva ESO/SCHOTT.

 

M1 on liian suuri, jotta se voitaisiin valmistaa yhtenä kappaleena (monoliittina), joten se tehdään 798:sta kuusikulmaisesta peilisegmentistä. Näistä kukin on noin viisi senttimetriä paksu ja 1,5 metriä leveä, jotka yhdessä keräävät kymmeniä miljoonia kertoja enemmän valoa kuin ihmissilmä. Näiden lisäksi on valmistettu 133 segmenttiä, jotta niiden huolto ja uudelleen pinnoitus olisi helpompaa teleskoopin aloitettua toimintansa. ESO on myös hankkinut 18 varasegmenttiä, joten niiden kokonaismäärä on 949.

M1-aihiot ovat perusmuotoiltuja, mutta ne täytyy myöhemmin kiillottaa peilisegmenteiksi. Nämä on valmistettu SCHOTTin kehittämästä ZERODUR©-lasikeramiikasta, joka on optimoitu Atacaman autiomaassa sijaitsevan ELT:n äärimmäisiin lämpötilavaihteluihin. Yritys on valmistanut myös ELT:n kolmen muun peilin M2:n, M3:n ja M4:n aihiot Mainzin tehtaillaan Saksassa.

"ESO tilasi SCHOTTilta muutakin kuin ZERODUR©:n", sanoi Marc Cayrel, ESO:n ELT-optomekaniikan johtaja. "SCHOTT teki tiiviistä yhteistyötä ESO:n kanssa jokaisen tuotantovaiheen aikana ja räätälöi tuotteen vastaamaan ELT:n erittäin vaativia vaatimuksia, ja usein jopa ylitti ne. Aihioiden erinomainen laatu säilyi koko massatuotannon aikana, jossa tätä supermateriaalia valmistettiin yli 230 tonnia. ESO on näin ollen hyvin kiitollinen SCHOTTin luotettavana kumppanina taitavien ammattilaistiimien ansiosta".

SCHOTTin ELT-projektin johtaja Thomas Werner sanoi: "Koko tiimimme on innoissaan saadessaan päätökseen yrityksemme historian suurimman yksittäisen ZERODUR®-tilauksen. Tämän projektin osalta saimme onnistuneesti päätökseen satojen ZERODUR®-peilisubstraattien sarjatuotannon, kun tavallisesti työstämme yksittäisiä kappaleita. Meille kaikille on ollut kunnia saada olla mukana tekemässä tähtitieteen tulevaisuutta".

Kun kaikki segmentit on valettu, niiden monivaiheinen kansainvälinen matka alkaa. Hitaan jäähdytyksen ja lämpökäsittelyn jälkeen jokaisen aihion pinta muotoillaan SCHOTTilla erittäin tarkassa hionnassa. Tämän jälkeen aihiot kuljetetaan ranskalaiselle Safran Reosc-yhtiölle, jossa kukin niistä leikataan kuusikulmion muotoon ja kiillotetaan 10 nanometrin tarkkuudella koko optisen pinnan alueelta. Tämä tarkoittaa, että peilin pinnan epätasaisuudet ovat suuruudeltaan alle tuhannesosa ihmisen hiuksen paksuudesta.

M1-segmenttien kokoonpanoon osallistuvat saksalaisranskalainen FAMES-konsortio, joka on kehittänyt 4 500 nanometrin tarkkuudella toimivia antureita, jotka valvovat kunkin segmentin suhteellista asentoa. Konsortio on viimeistelemässä niiden valmistusta. Lisäksi saksalainen Physik Instrumente -yritys on suunnitellut ja valmistaa 2 500 toimilaitetta, jotka pystyvät asemoimaan peilisegmentit nanometrin tarkkuudella, ja tanskalainen DSV-yritys vastaa segmenttien kuljettamisesta Chileen.

Kun jokainen M1-segmentti on kiillotettu ja koottu, se kuljetetaan valtameren yli ESO:n Paranal-observatoriossa Atacaman autiomaassa sijaitsevaan ELT-tekniseen laitokseen. Matkan pituus on 10 000 kilometriä, jonka yli seitsemänkymmentä M1-segmenttiä on jo tehnyt. Vain muutaman kilometrin päässä ELT:n rakennustyömaalta Paranalissa, jokainen segmentti päällystetään hopeakerroksella, jotta siitä tulee heijastava. Tämän jälkeen se varastoidaan huolellisesti, kunnes teleskoopin päärakenne on valmiina kiinnitystä varten.

ESO:n ELT:n aloittaessa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä siitä tulee maailman suurin teleskooppi. Se tulee vastaamaan aikamme suurimpiin tähtitieteen haasteisiin ja tekemään vielä tuntemattomia uskomattomia löytöjä.

Chang’e 6:n lento onnistui

Kiinan kuuluotain Chang’e 6 toi ensimmäistä kertaa Kuun etäpuolelta noin kaksi kiloa kivinäytteitä Maahan. Aiemmin Kuun näkyvältä puolelta on tuotu Maahan yli 380 kiloa kiviä, mutta etäpuolelta ei ole aiemmin saatu näytteitä. Nämä kivet voivat auttaa tutkijoita selvittämään Kuun ja Aurinkokuntamme historiaa.

Kiinan julkaisema kuva Chag`e 6:sta. Kuvan on ottanut laskeutujan mukana tullut pieni kuukulkija. Kuva Wikimedia Commons.

Chang’e 6:n laskeutuja keräsi kiviä ja pölyä Kuun etäpuolelta melko tarkalleen sieltä, minne sen pitikin laskeutua. Laskeutujan ja pienen mönkijän tehtävänä oli havaita ympäristöä ja kerätä pari kiloa kiviä ja pölyä. Osan näytteistä robottikäsi kaivoi aina kahden metrin syvyydestä, ja kivipora auttoi tässä. Alus oli Kuussa vain muutaman vuorokauden, ja kootut kivet lähetettiin nousualuksella Kuun kiertoradalle ja siltä paluulennolle. Näytteet siirrettiin näytesäiliöön, jonka oli määrä pudota laskuvarjojen varassa Mongoliaan 25. kesäkuuta. Saatujen tietojen mukaan laskeutuminen onnistui suunnitellusti.

Tehtävä näyttää onnistuneen kaikilta osin, joten tämä voidaan pitää merkittävänä saavutuksena. Aiemmin Apollo-lennoilla NASA on tuonut kivinäytteitä Kuun näkyvältä puolelta Maahan yli 380 kg. Myös Neuvostoliitto on tuonut yhteensä 301 grammaa kolmella eri lennolla Kuun näkyvältä puolelta, mutta etäpuolelta ei ole aiemmin saatu näytteitä. Geologit ja kemistit saavat nyt näytteitä aivan erilaisesta ympäristöstä ja eri aikakaudelta kuin aikaisemmin. Kiina on onnistunut tuomaan näytteitä Chang’e 5 aluksella joulukuussa 2020, mutta tuotu määrä oli vain 1,7 grammaa.

Nykykäsityksen mukaan Kuu muodostui noin 4,55 miljardia vuotta sitten, kun Marsin kokoinen kappale törmäsi proto-Maahan. Törmäyksessä suurin osa törmäävän kappaleen rautaytimestä sulautui Maan rautaytimen kanssa. Kevyemmistä pintamateriaaleista osa sinkoutui avaruuteen, sekoittuivat toisiinsa ja muodostivat hyvin lyhyessä ajassa nykyisen Kuun.

Syntynyt Kuu kiersi aluksi maapalloa hyvin lähellä (ehkä noin 20 000 km etäisyydellä), mutta voimakas vuorovesi-ilmiö siirsi Kuuta hyvin nopeasti ulommaksi. Nykyisinkin Kuun ja Maan välinen keskietäisyys kasvaa edelleen noin 3,8 cm vuodessa. 

Kuun pyöriminen lukkiutui suhteellisen nopeasti kiertoaikaan ja tästä syystä Kuun etupuoli ja etäpuoli ovat aivan erilaisia. Etäpuoli jäähtyi ja kiteytyi etupuolta nopeammin, joten geologiset prosessit olivat myös erilaisia. Etäpuolella ei ole etupuolen tapaan suuria basalttilaakioita, joita kutsutaan marealueiksi (meriksi). Laakiot syntyivät suurten asteroidien aiheuttamiin törmäyskraattereihin, joihin tihkui sulaa kiviainesta, basalttia. Vanhimmat marealueet ovat noin 4,1 miljardia vuotta vanhoja ja viimeisin (Mare Imbrium) syntyi noin 3,85 miljardia vuotta sitten.

Kiinan tuomat kivinäytteet ovat Apollo-kraatterista, joka sijaitsee Aitken-altaassa. Allas on niin ikään syntynyt iso asteroidin törmäyksessä noin 4,26 miljardia vuotta sitten ja sen halkaisija on noin 2 500 km. Allas sijaitsee lähellä Kuun etelänapaa, joten sitä kutsutaan yleisesti Etelänavan-Aitkenin altaaksi.

Kiinan kuuohjelma jatkuu tämän lennon jälkeenkin. Seuravaksi lähtee Chang'e 7 vuoden 2026 aikana ja Chang’e 8:n vuonna 2028. Kiina on kiinnostunut myös suorittamaan miehitetyn kuulennon vielä ennen vuotta 2030. Tämän lisäksi Kiinalla on myös suunnitelmia myös pysyvän kuutukikohdan perustamiseksi 2030-luvulla.

 

GMT:n lopulliset suunnitelmat valmistuivat

Giant Magellan Telescope (lyhennettynä GMT) ja sitä suunnitteleva espanjalainen IDOM -yritys ovat ilmoittaneet teleskoopin suojarakennuksen lopullisten suunnitelmien valmistumisesta. Rakennuksesta tulee 65 m korkea ja sitä voidaan pyöräyttää ympäri noin kolmessa minuutissa. Massaa rakennuksella on noin 5 000 tonnia. Rakennus on myös suunniteltu kestämään ja suojaamaan teleskooppia voimakkaimmiltakin maanjäristyksiltä suunnitellun yli 50 vuoden ajan. Heikompien järistysten jälkeen kaukoputki on otettavissa käyttöön mahdollisimman lyhyen ajan kuluttua.

Havainnekuva valmiista GMT-teleskoopista ja sen suojarakennuksesta. Kuva Wikimedia Commons/Giant Magellan Telescope – GMTO Corporation.

 

GMT:ta tulee yksi suurimmista maanpinnalle sijoitettavista teleskoopeista. Se sijoitetaan Chilen Atacaman autiomaassa olevalle Las Campanasin observatorion alueelle. Teleskoopin varsinainen käyttöönotto on suunniteltu varhaiselle 2030-luvulle, vaikkakin ”ensimmäiset valot” saataneen vuoden 2029 aikana.

Kun se valmistuu, GMT:sta tulee suurin koskaan rakennettu Gregorian-tyyppinen teleskooppi, joka havaitaan optisella ja keski-infrapuna -alueella (320 – 25 000 nm). Teleskooppi käyttää seitsemää suurta monoliittipeiliä muodostaakseen valonkeräysalan, joka on 368 neliömetriä. Sen erotuskyky on odotettavissa olevan 10 kertaa parempi kuin Hubble-avaruusteleskoopilla ja neljä kertaa parempi kuin James Webb -avaruusteleskoopilla, vaikka se ei pysty kuvaamaan samalla infrapuna-alueella kuin avaruusteleskoopit.

Tutkijat tulevat käyttämään Giant Magellania havaintoihin lähes kaikilla tähtitieteen osa-alueilla – aina kaukaisten eksoplaneettojen elämän merkkien etsimisestä kemiallisten alkuaineiden kosmisen alkuperän tutkimiseen.

Teleskoopin ensimmäiset seitsemän pääpeiliä valettiin vuonna 2005, ja paikan päällä rakennustyöt alkoivat vuonna 2015. Tällä hetkellä kaikki seitsemän pääpeiliä on valettu, ja adaptiivisen optiikan ensimmäiset seitsemän mukautuvaa toisiopeiliä ovat työn alla. Muita teleskoopin alijärjestelmiä suunnitellaan ja rakennetaan parhaillaan.

Tämä noin 2 miljardin dollarin teleskooppi on GMTO Corporationin työ, joka on kansainvälinen konsortio tutkimuslaitoksia, jotka edustavat seitsemää maata: Australiaa, Brasiliaa, Chileä, Israelia, Etelä-Koreaa, Taiwania ja Yhdysvaltoja.

Teleskooppi rakennetaan Las Campanasin observatorioon, jossa on myös Magellan-teleskooppi (Ø 6,5 m). Se sijaitsee noin 115 km La Serenasta pohjoiskoilliseen ja 180 km Copiapósta etelään, 2 516 metrin korkeudessa. Paikka on valittu teleskoopin sijainniksi sen erinomaisen tähtitieteellisen selkeän sään ansiosta suurimman osan vuodesta. Lisäksi ympäröivän Atacaman autiomaan alueen yötaivas on vähiten valosaasteinen, mikä tekee siitä yhden parhaista paikoista maanpinnalla pitkäaikaiseen tähtitieteelliseen havainnointiin.

 

Giant Magellan Teleskoopin ominaisuuksia:

Adaptiivinen optiikka: GMT:ssä on adaptiivinen optiikka, joka korjaa ilmakehän aiheuttamia häiriöitä reaaliajassa. Tämä mahdollistaa tarkemmat havainnot ja parantaa resoluutiota.

Suuri peilipinta-ala: Seitsemän pääpeilin yhdistelmä luo yhteensä 368 neliömetrin valonkeräysalan. Tämä suuri peilipinta-ala mahdollistaa tehokkaan valonkeruun ja tarkat havainnot.

Monipuoliset havainnot: GMT pystyy havaitsemaan monenlaisia tähtitieteen kohteita, kuten eksoplaneettoja, galakseja, tähtiä ja mustia aukkoja.

Sijainti: Las Campanasin observatorio sijaitsee korkealla Andien vuoristossa, mikä vähentää ilmakehän häiriöitä ja parantaa havaintojen laatua.

Kansainvälinen yhteistyö: GMT on kansainvälinen projekti, joka yhdistää seitsemän maata. Tämä monipuolinen yhteistyö mahdollistaa laajan asiantuntemuksen ja resurssien jakamisen.

Nämä ominaisuudet tekevät GMT:stä huippuluokan teleskoopin, joka auttaa meitä ymmärtämään paremmin maailmankaikkeutta.

 

GMT numeroina:

Optinen järjestelmä	Gregoriaaninen
Mittakaava kuvatasossa	0,997 kaarisekuntia/mm
Aallonpituusalue	0,32 – 25 mm
Kuvakenttä	Ø 20 kaariminuuttia
Pääpeilin halkaisija ja pinta-ala	25,4 m, 368 m²
Pääpeilin valovoima	f/0,71
Teleskoopin valovoima	f/8,16 [8.34]
Erotuskyky (difr. raja)	0,01 kaarisekunti 1 mm aallonpituudella.

Tällä hetkellä on suunnitteilla tai rakenteilla monta muuta isoa teleskooppia, jotka valmistuttuaan tulevat varmasti muuttamaan tähtitieteellistä tukimusta ja ennen kaikkea ne tuotavat tutkijoiden käyttöön sellaista dataa, jota ei ole mahdollista saada pienemmillä kaukoputkilla.

 

Suurien teleskooppien numeraalinen vertailu:

Nimi	Pääpeilin halkaisija (m)	pinta-ala (m2)	Ensivalot
Extremely Large Telescope (ELT)	39,3	978	2028
Thirty Meter Telescope (TMT)	30	655	?
Giant Magellan Telescope (GMT)	25,4	368	2029
Southern African Large Telescope (SALT)	11,1 × 9,8	79	2005

 

 

Tähtitieteilijät ovat nähneet mustan aukon aktivoitumisen reaaliajassa

Vuoden 2019 lopulla aiemmin himmeä galaksi SDSS1335+0728 alkoi yhtäkkiä loistaa kirkkaammin kuin koskaan aiemmin. Ymmärtääkseen ilmiötä tähtitieteilijät ovat hyödyntäneet useiden avaruus- ja maapäällisten observatorioiden, kuten Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin, tietoja tutkiakseen miten galaksin kirkkaus on vaihdellut. Tänään julkaistussa tutkimuksessa he toteavat, että he ovat todistamassa sellaisia muutoksia, joita galaksissa ei ole koskaan aiemmin nähty. Nämä ovat todennäköisesti seurausta galaksin ytimessä olevan massiivisen mustan aukon äkillisestä aktivoitumisesta.

Loppuvuodesta 2019 galaksi SDSS1335+0728 alkoi yhtäkkiä loistaa kirkkaammin kuin koskaan aiemmin. Se luokiteltiin aktiiviseksi galaktiseksi ytimeksi, jonka voimanlähteenä toimii galaksin ytimessä oleva massiivinen musta aukko. Tämä on ensimmäinen kerta, kun massiivisen mustan aukon aktivoituminen on havaittu reaaliajassa. Tässä taiteilijan tekemässä havainnekuvassa näkyy mustan aukon ympärillä oleva ja kasvava materiaalikiekko, joka saa ympäristöstään lisää kaasua ja tästä syystä se kirkastuu edelleen.

Kuva ESO/M. Kornmesser

 

"Kuvittele, että olet havainnut kaukaista galaksia vuosien ajan, ja se on aina vaikuttanut rauhalliselta ja passiiviselta", sanoi Paula Sánchez Sáez, ESO:n tähtitieteilijä Saksassa ja Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistavaksi hyväksytyn tutkimuksen pääkirjoittaja. "Yhtäkkiä sen [ytimessä] alkaa näkyä dramaattisia epätyypillisiä kirkkauden muutoksia, joita emme ole aiemmin nähneet". SDSS1335+0728:lle tapahtui juuri näin. Sen jälkeen, kun se kirkastui dramaattisesti joulukuussa 2019, kohde on nyt luokiteltu aktiiviseksi galaksiytimeksi (AGN). AGN on kirkas kompakti alue, jonka voimanlähteenä on massiivinen musta aukko^[1].

Jotkin ilmiöt, kuten supernovaräjähdykset tai TDEt (tidal disruption events, vuorovesihäiriö), jossa tähti joutuu liian lähelle mustaa aukkoa ja repeytyy hajalle, voivat saada galaksit yhtäkkiä kirkastumaan. Nämä kirkkauden vaihtelut kestävät kuitenkin tyypillisesti vain muutamia kymmeniä tai korkeintaan muutamia satoja vuorokausia. SDSS1335+0728 kirkastuu edelleen yli neljä vuotta sen jälkeen, kun sen havaittiin ensimmäisen kerran. Lisäksi tässä 300 miljoonan valovuoden päässä Neitsyen tähdistössä sijaitsevassa galaksissa havaitut kirkkauden vaihtelut ovat täysin erilaisia kuin aiemmin havaitut, mikä viittaa tähtitieteilijöiden mielestä erilaiseen selitykseen.

Tutkimusryhmä yritti saada kirkkauden vaihteluille selvyyttä yhdistämällä useiden eri laitteiden arkistodataa ja uusia havaintoja, kuten dataa ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentista, joka sijaitsee Chilen Atacaman autiomaassa^[2]. Verrattaessa ennen ja jälkeen joulukuun 2019 otettuja tietoja he havaitsivat, että SDSS1335+0728 lähettää nyt paljon enemmän valoa ultravioletti-, optisella ja infrapuna-aallonpituudella. Galaksi alkoi myös lähettää röntgensäteilyä helmikuussa 2024. "Tämä käyttäytyminen on ennennäkemätöntä", sanoi Sánchez Sáez, joka kuuluu myös Chilessä sijaitsevaan Millennium Institute of Astrophysics (MAS) -instituuttiin.

"Selkein tapa tämän ilmiön selittämiseksi on se, että näemme parhaillaan, miten galaksin [ydin] alkaa (...) aktivoitua", sanoi yksi tutkimuksen kirjoittajista Lorena Hernández García MAS:sta ja Valparaíson yliopistosta Chilessä. "Jos näin on, niin tämä olisi ensimmäinen kerta, kun näemme massiivisen mustan aukon aktivoituvan reaaliajassa".

Useimpien galaksien, kuten myös Linnunradan, keskellä on massiivinen musta aukko, joiden massa on yli satatuhatta kertaa Aurinkoamme massa. "Nämä jättimäiset hirviöt yleensä ”nukkuvat” eivätkä ole suoraan näkyvissä", kertoi yksi tutkimuksen tekijöistä Claudio Ricci Diego Portalesin yliopistosta, joka sijaitsee myös Chilessä. "SDSS1335+0728:n tapauksessa pystyimme havaitsemaan massiivisen mustan aukon ”heräämisen”, [joka] alkoi yhtäkkiä ”herkutella” ympäristöstään saatavilla olevalla kaasulla ja muuttui hyvin kirkkaaksi".

"[Tätä] prosessia (...) ei ole koskaan aiemmin havaittu", Hernández García sanoi. Aikaisemmissa tutkimuksissa on raportoitu galaksien muuttuvan aktiivisiksi useiden vuosien kuluessa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun itse prosessi, eli mustan aukon aktivoituminen on havaittu reaaliajassa. Ricci, joka kuuluu myös Pekingin yliopiston Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics -instituuttiin Kiinassa, lisäsi: "Tämä voisi tapahtua myös omalle Sgr A*:lle, siis galaksimme keskellä sijaitsevalle massiiviselle mustalle aukolle", mutta on epäselvää, kuinka todennäköistä tämä on.

Vaihtoehtoisten selitysten poissulkemiseksi tarvitaan vielä seurantahavaintoja.  On mahdollista, että kyseessä on epätavallisen hidas TDE-ilmiö tai jopa aivan uusi ilmiö. Jos kyseessä on TDE, niin tämä olisi pisin ja heikoin koskaan havaittu tällainen tapahtuma. "Riippumatta siitä, millaista vaihtelu on, [tämä galaksi] antaa arvokasta tietoa siitä, miten mustat aukot kasvavat ja kehittyvät", Sánchez Sáez sanoi. "Oletamme, että [VLT:n MUSE:n tai tulevan ELT:n (Extremely Large Telescope) vastaavat laiteet] uudet instrumentit ovat avainasemassa [galaksin kirkastumisen syiden] ymmärtämisessä".

Lisätietoja

[1] SDSS1335+0728 -galaksin epätavalliset kirkkausvaihtelut havaittiin Yhdysvalloissa sijaitsevalla Zwicky Transient Facility (ZTF) -teleskoopilla. Tämän jälkeen Chilen johtama Automatic Learning for the Rapid Classification of Events (ALeRCE) -ohjelma luokitteli SDSS1335+0728:n aktiiviseksi galaksiytimeksi.

[2] Tutkimusryhmä kokosi arkistodataa useista eri lähteistä: NASAn Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), Galaxy Evolution Explorer (GALEX), Two Micron All Sky Survey (2MASS), Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sekä IKI:n ja DLR:n Spektr-RG-avaruusobservatorion eROSITA-instrumentista. Seurantahavaintoja tehtiin ESO:n VLT:n lisäksi Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR) -teleskoopilla, W. M. Keckin observatoriolla sekä NASA:n Neil Gehrels Swift -teleskoopilla ja Chandra X-ray -teleskoopilla

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: “SDSS1335+0728: The awakening of a ∼ 106M⊙ black hole”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics -lehdessä.