OJ 287 – Mustan aukon mysteeri avautuu

Tähtitieteilijöiden vuosikymmeniä kestänyt työ on tuonut valoa yhteen avaruuden suurimmista arvoituksista: OJ 287 -galaksin mustan aukon käyttäytymiseen. Tämä kaukainen blasaari (musta aukko) on herättänyt huomiota poikkeuksellisen ja säännöllisten kirkkausvaihteluiden vuoksi, jotka ovat nyt selittyneet mustan aukon kiertoliikkeellä paljon massiivisemman mustan aukon ympäri.

Havainnekuva OJ-287 järjestelmästä. Pienemmän musta aukon radan periheli kiertyy voimakkaasti, joka aiheuttaa muutoksia isomman musta aukon kertymäkiekon välähdysten (kuvassa flare) aikatauluun riippuen siitä, missä osassa rataa läpäisy tapahtuu. Viimeisten vuosikymmenien aikana tehdyt havainnot kuitenkin ovat auttaneet tutkijoita määrittämään radan muodon ja perihelikiertymän määrän, joten tulevat kirkastumiset voidaan ennakoida hyvin, jopa muutaman tunnin tarkkuudella. Kuva NASA/JPL-Caltecg/Scot Shutterland.

 

OJ 287:n suurempi musta aukko, jonka massa on yli 18 miljardia kertaa Auringon massaa, on kertymäkiekon (tiheää kaasua ja plasmaa) ympäröimä. Tätä jättiläistä kiertää toinen pienempi musta aukko, jonka massa on noin 150 miljoonaa kertaa Auringon massaa. Kaksi kertaa joka 12. vuosi pienempi musta aukko syöksyy suuren kertymäkiekon läpi, mikä aiheuttaa valon välähdyksen, joka on kirkkaampi kuin biljoona (10¹²) tähteä.

Vuonna 2015 Spitzer-teleskooppi havaitsi OJ 287 -galaksin mustan aukon käyttämällä infrapunateleskooppiaan, joka pystyi havaitsemaan kaukaisen valon välähdyksen. Tämä välähdys oli merkki siitä, että pienempi musta aukko oli syöksynyt suuremman mustan aukon ympäröivän kaasulevyn läpi. Havainto oli onnekas, koska OJ 287 oli tuolloin Maasta katsottuna Auringon takana, mikä teki siitä näkymättömän maanpäällisille havaintolaitteille. Spitzer oli kuitenkin Aurinkoa kiertävällä radalla sellaisessa asemassa, että havaintoja voitiin tehdä.

Turkulaiset tutkijat, johtajanaan Aimo Sillanpää, olivat 1980-luvulla ensimmäisiä, jotka esittivät, että OJ 287:n kirkkausvaihtelut johtuvat binäärisestä mustan aukon järjestelmästä. Heidän työnsä on ollut perustavanlaatuinen OJ 287:n ymmärtämisessä ja on auttanut kehittämään malleja, jotka ennustavat mustien aukkojen välisten vuorovaikutusten aiheuttamia kirkkausvaihteluita.

TESS-observatorio (Transiting Exoplanet Survey Satellite) on tehnyt merkittäviä havaintoja OJ 287 -galaksin mustasta aukosta. Vuonna 2021 TESS havaitsi ensimmäistä kertaa suoraan pienemmän mustan aukon. Tutkijat ovat jo pitkään epäilleet, että OJ 287:n kirkkausvaihtelut johtuvat kahden mustan aukon vuorovaikutuksesta. TESS:n havainnot vahvistivat tämän teorian, kun se tarkkaili galaksin kirkkautta ja havaittu valon välähdys paljasti pienemmän mustan aukon olemassaolon.

OJ 287 on erityisen kiinnostava musta aukko useista syistä. Se sisältää kaksi massiivista mustaa aukkoa, jotka muodostavat harvinaisen binäärisen järjestelmän. Se tuottaa säännöllisiä valon välähdyksiä noin 12 vuoden välein, mikä on ollut arvoitus tähtitieteilijöille vuosikymmenien ajan. Välähdyksen kirkkaus on moninkertainen koko Linnunradan kirkkauteen verrattuna.

OJ 287 on ehdokas nanohertsin gravitaatioaaltoja lähettäväksi supermassiiviseksi mustan aukon binäärijärjestelmäksi, mikä tekee siitä tärkeän kohteen gravitaatioaaltojen tutkimuksessa. Gravitaatioaallot ovat avaruuden kaarevuuden aaltoja, jotka syntyvät massiivisten kappaleiden, kuten mustien aukkojen tai neutronitähtien, kiihtyvästä liikkeestä. Albert Einstein ennusti niiden olemassaolon vuonna 1916 yleisen suhteellisuusteorian pohjalta. Gravitaatioaaltojen havaitseminen on tärkeää, koska ne tarjoavat ainutlaatuisen tavan tutkia avaruuden äärimmäisiä ilmiöitä, kuten mustien aukkojen yhdistymisiä, neutronitähtien törmäyksiä ja maailmankaikkeuden alkuvaiheita.

OJ 287:n mustien aukkojen liikkeen mallintaminen on mahdollistanut ennusteiden tekemisen näiden välähdysten ajankohdista hyvin tarkasti, mikä tukee käsitystä siitä, että niiden liike tuottaa gravitaatioaaltoja. Tämä tekee OJ 287:stä parhaan ehdokkaan supermassiivisen mustan aukon parin havaitsemiseksi, joka lähettää gravitaatioaaltoja.

Tutkimus OJ 287:n osalta jatkuu, ja jokainen uusi havainto tuo meidät lähemmäksi ymmärrystä siitä, miten universumi toimii sen kaikkein mystisimmillä tasoilla. Tänä päivänä Turun yliopiston professori Mauri Valtosen johtamien tutkijoiden panos on ollut merkittävä tähtitieteen alalla ja heidän työnsä jatkuu edelleen tärkeänä osana OJ 287:n tutkimusta. Tämä tarina on esimerkki siitä, miten pitkäjänteinen tutkimustyö voi valaista avaruuden syvimpiä salaisuuksia.