Selitys löytyi Tabbyn-tähdelle

Kuvituskuva nyt vääräksi osoitetusta komeettaparvimaalista,
jolla pyrittiin selittämään Tabbyn tähden epäsäännölistä
himmenemistä. 

Tutkijat^[1] ovat löytäneen luontevan selityksen ns. Tabbyn tähden^[2] himmenemiselle. Tähden virallinen tunnus on KIC 8462852 ja sen havaittiin himmenevän oudosti huomattavan paljon. Tämän tyyppisten tähtien kirkkauden vaihtelu on odotetusti korkeintaan noin1 % luokkaa mutta Tabbyn tähden epäsäännöllinen himmeneminen oli jopa 22 %.

Tähtenä KIC 8462852 on hieman Aurinkoa massiivisempi, kuumempi ja paljon nuorempi (ikä on alle miljardi vuotta). Sen sisäinen rakenne poikkeaa Auringon rakenteesta. Tähden radiatiivinen kerros on paksumpi ja vastaavasti pinnan konvektiivinen kerros on ohuempi kuin Auringolla. Tähti myös pyörii hyvin nopeasti itsensä ympäri, yhteen kierrokseen kuluu aikaa vain 0,88 vuorokautta.

Uusimman tutkimuksen mukaan kyseisen himmenemisen aiheuttaja on tähdessä tapahtuvat muutokset. Tähti on vakaan ja epävakaan tilan välissä, jolloin siinä tapahtuu ferromagneettisia faasimuunnoksia, jotka suoraan vaikuttavat siihen, kuinka kirkas tähti on.

Faasimuunnokset ovat hyvin yleisiä erityyppisissä tähdissä ja niitä tapahtuu myös Auringossa auringonpilkkujen ja niiden läheisyydessä tapahtuvien aurinkomyrskyjen ja purkausten alueella. Toisin sanoen ja samalla paljon yksinkertaistaen: Tabbyn tähden lyhytaikaiset ja voimakkaat kirkkaudenvaihtelut johtuvat jättimäisistä (tähti)pilkuista. Pitkäaikaista himmenemistä pilkut eivät kuitenkaan selitä: tähdessä on tapahtumassa muutakin, tutkijoiden kannalta jotakin uutta ja hyvin mielenkiintoista.

Ei ainoa lajissaan

Kansainvälinen tutkijaryhmä (johtajanaan Trevor J. David, Department of Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA) on havainnut toisen (vaikkakaan ei samasta syystä), lyhytaikaisesti ja voimakkaasti himmenevän tähden. Tähti tunnetaan luettelotunnuksella RIK-210^[3] ja se sijaitsee 472 valovuoden etäisyydellä meistä. Himmeneminen on noin 5–20 % 5,57 vuorokauden välein. Himmenemistaajuus vastaa tähden pyörimisaikaa, joten sen syytä joudutaan etsimään tähdestä itsestään.

Davidin tutkimusryhmän pääselitys himmenemiselle on, että tähden magneettikentässä on tähden mukana kiertävä pilvi, jonka materiaali himmentää tähteä. Pölypilvi voisi olla jäänne tähteen päätyneestä protoplaneetasta tai muusta sellaisesta. Myöhemmät fotometriset havainnot osoittavat, että himmenemistä ei enää esiinny ainakaan yhtä voimakkaana kuin Keplerin havainnoissa. Tutkijat pyrkivät saamaan moni-kanavaisia fotometrisiä havaintoja tähdestä, jolloin himmenemisen syy voi saada tarkemman selityksen.

Näiden kahden tutkimuksen perusteella lähinnä scifi-luokkaan kuuluvia selityksiä kuten Dysonin-kehiä tai –palloja, tai mitään muutakaan vieraan sivilisaation luomia megarakenteita ei voi pitää uskottavina selityksinä himmenemisille. Tutkimusmenetelmien ja -välineiden kehittyessä tulemme varmasti törmäämään vielä moniin, aluksi selittämättömiin ilmiöihin, mutta niiden tarkempi havainnointi ja tutkiminen paljastavat niistä monia mielenkiintoisia ja kiehtovia luonnonilmiöitä.

Huomautukset

[1] Mohammed A. Sheikh, Richard L. Weaver, and Karin A. Dahmen^† (Department of Physics, University of Illinois at Urbana Champaign, Urbana, Illinois 61801, USA). Tutkimus julkaistiin Physical Review Letters –tiedejulkaisussa 19.12.2016 (Phys. Rev. Lett. 117, 261101)

[2] Tähteä alettiin kutsua Tabbyn tähdeksi sen jälkeen kun Tabetaha ”Tabby” Boyajian (Yalen yliopisto) johtama tutkimusryhmä oli arvioinut tähden himmenemisen johtuvan tähteä kiertävästä valtavasta komeettaryhmästä. Selitys olisikin ehkä ”nielaistu” sellaisenaan ellei Jason Wright (Pensyvania State yliopisto) tutkimusryhmineen olisi julkaissut lehtiartikkelia aiheesta. He esittivät himmenemisen syyksi muukalaissivilisaatiota, joka olisi rakentanut tähtensä ympärille valtavan satelliiteista koostuvan megarakenteen tähden energian keräämiseksi. Artikkeli ”räjäytti potin”. Lähes jokainen kynnelle kykenevät tiedostusvälinen julkaisi oman version Wright’in selityksestä.

Tähti sijaitsee Joutsenen tähdistössä, sen visuaalinen kirkkaus on 11,7^m , spektriluokka F3 V/IV (pääsarjan tähti), etäisyys 1480 valovuotta ja säde 1,58 R_Sun . Tähtikartoissa ja luetteloissa tähdellä on tunnuksia: TYC 3162-665-1, 2MASS 20061546+4427248 (numerosarja kertoo tähden koordinaatit), UCAC4 673-083862 ja WISE J200615.45+442724.7.

[3] Tähden, samoin kuin Tabbyn tähden, himmeneminen löydettiin avaruusteleskooppi Keplerin kokoamasta aineistosta. RIK-210 aineisto on peräisin Keplerin K2-vaiheen aineistosta ja tähti kuuluu Ylä-skorpionin OB assosiaatioon. Assosiaation ikä on vain 5–10 miljoonaa vuotta.

Katso myös artikkelit

http://avaruusmagasiini.blogspot.nl/2016/01/komeetat-ei-selita-tabbyn-tahden.html

http://avaruusmagasiini.blogspot.nl/2016/08/tabbyn-tahden-mysteeri-syvenee.html

Ei jälkeäkään KIII-sivilisaatiosta

Kaukaisessa avaruudessa, sen viimeisen korpimaan toisella
puolella, voi asustaa supersivilisaatio, joka käyttää energiaa
saman verran kuin mitä galaktinen superklusteri voi tuottaa.
Kuva  ESA/Hubble & NASA/ Josh Barrington.

Penn State yliopiston tutkijat ovat kartoittaneet 100 000 galaksia, etsien merkkejä teknisestä supersivilisaatiosta, joka tunnetaan KIII- tai Kardashev’in tyypin III sivilisaationa. Tutkijat käyttivät kartoitukseen Nasan WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) avaruuskaukoputkea, joka havaitsee galaksien säteilemää infrapunaista valoa.

Kuinka infrapunainen valo voi paljastaa supersivilisaation? Kaikki perustuu eri kehitysasteilla olevien sivilisaatioiden käyttämään energian määrää.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan käytetty energia muuttuu lämmöksi, joten jos teknisesti kehittynyt supersivilisaatio käyttää runsaasti energiaa, sen pitäisi näkyä galaksien ylimääräisenä lämpösäteilynä.

Ajatus sivilisaatioiden luokittelusta niiden käyttämän energian perusteella on peräisin vuodelta 1964, jolloin venäläinen astrofyysikko Nikolai Semjonovitš Kardašev (s. 1932) julkaisi aiheesta tutkielman^[1].  Hän määritteli sivilisaatiot kolmeen ryhmään:

Tyyppi I tuottaa käyttämänsä energia pääosin ydinfuusiolla. Kardashevin alkuperäisen määritelmän mukaan energian tuottoteho olisi tällöin 4×10¹² W ja tarvittava vetymäärä olisi noin 9×10⁹ kg vuodessa. Tarvittava vetymäärä saattaa tuntua suurelta, mutta vetyä maapallolla riittää. Kuutiokilometri (meri)vettä sisältää 10¹¹ kg vetyä ja maapallolla on 1,3×10⁹ km³ vettä. Näin ollen tyypin I energiatuotantoa ihmiskunta voisi pitää yllä ainakin kymmenkunta miljardia vuotta.

Maapallon vastaanottaman auringonsäteilyn teho on 174×10¹⁵ W (342 W/m²), joka on alkuperäistä Kardashevin energiatuotantorajaa merkittävästi suurempi. Lisäksi maapallon satelliittiradalle voitaisiin varustaa energia keräävien satelliittien verkosto, jonka kokoama energia siirrettäisiin maapallolle mikroaaltoteknologiaa hyväksi käyttäen. Näin ollen ihmiskunnalla on saatavissa merkittävät energiavarat, joiden turvin tyypin I sivilisaatio voitaisiin luoda.

Dysonin pallo koostuisi hirvittävästä määrästä energiaa
keräävistä satelliiteista. Kuva Wikimedia Commons.

Tyyppi II sivilisaatiot käyttävät energiaa Auringon säteilyteholla, siis noin 4×10²⁶ W. Näin suuren energiamäärän käyttäminen edellyttäisi, että keskustähden kaikki energia saataisiin kerättyä hyötykäyttöön. Teknisesti tämä voitaisiin tehdä siten, että tähden ympärille rakennettaisiin Freeman Dysonin (s. 1923) pallo energiaa keräävistä satelliiteista. Teoreettisesti Dysonin pallo olisi rakennettavissa, mutta käytännössä tekniset ongelmat estävät sen.

Energialähteenä voisi tietysti käyttää muitakin lähteitä kuin keskustähteä. Vaihtoehtoinen energialähde olisi esimerkiksi pyörivä musta aukko tai teollisessa toiminnassa syntynyttä antimateriaa.

Tyyppi III sivilisaatiot käyttävät energiaa koko galaksin verran, eli noin 4×10³⁷ W teholla. Koko galaksin tuottaman energian talteen ottaminen voi olla teknisesti mahdotonta, mutta supermassiivinen musta aukko tai kvasaarien emittoima energia voisi tällaiselle sivilisaatiolla olla oiva energianlähde.

Kardashevin asteikko ei sisällä tyypin 0 sivilisaatioita, mutta ryhmitys on ekstrapoloitavissa tähän suuntaan. Ihmiskunta voitaisiin näin ollen luokitella tyypin 0 sivilisaatioksi. Tunnettu fyysikko Michio Kaku (s. 1947) pitää mahdollisena, että ihmiskunta saavuttaa tyypin I tason 100–200 vuoden kuluessa. Tyypin II taso saavutetaan muutamassa tuhannessa vuodessa ja tyyppi III 100 000 – 1 000 000 vuodessa.

Astronomi Carl Sagan (1934–1996) puolestaan on kehittänyt matemaattisen kaavan, joka perusteella voidaan määrittää Kardashevin luokituksen mukainen sivilisaation taso desimaalilukuna. Saganin kaavalla laskettuna ihmiskunnan taso oli vuonna 2012 noin 0,724.

Sivilisaation siirtyessä tyypistä 0 tyyppiin I liittyy riski, että populaatio kasvaa planeetan kantokyvyn yli. Tällöin talousjärjestelmät, tuotanto ja populaationmäärä romahtavat tai jopa tuhoutuu täysin. Skenaario tunnetaan Malthusialaisena katastrofina 1700-luvulla eläneen väestötieteilijä Thomas Robert Malthusin (1766–1834) mukaan.

Kardashevin luokittelu on innostanut muitakin tutkijoita jo mainittujen Kakun ja Saganin lisäksi muokkaan siitä omat versionsa. Näitä jatkokehittelymalleja on ainakin viisi (+2) erilaista. Serbialainen tähtitieteilijä Milan Ćirković (s. 1971) on esittänyt, että tyyppi IV olisi sivilisaatio, jonka energiakäyttö olisi samaa luokkaa kuin koko galaksien superjoukon tuottama energia.

Yhteistä luokittelumalleille Kardashevin luokittelun kanssa on se, että kaikki edellyttävät sivilisaation muistuttavan meitä energian käytön ja kasvuun suuntautuneella kehityksellään. Vaikka oletus saattaa tuntua varsin ihmiskeskeiseltä, niin maailmankaikkeuden ikä ja galaksien määrä mahdollistaisi monen omamme kaltaisen ekpansiivisen kulttuurin olemassa olon rajalliseen ja tasapainoiseen kehittymiseen suuntautuneiden kulttuurien lisäksi.

Huomautukset

[1] Kardashev, Nikolai (1964). "Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations". Soviet Astronomy 8: 217.