Uusi teoria ehdottaa "mustan aukon tähtiä" ratkaisuksi punaisten pisteiden arvoitukseen

KAK – James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on jälleen kerran haastanut käsityksemme maailmankaikkeudesta. Sen ottamissa kuvissa on havaittu pieniä, punaisia pisteitä, jotka eivät tunnu sopivan nykyisiin malleihin galaksien muodostumisesta. Nyt uusi teoria ehdottaa, että nämä kohteet voisivat olla aivan uudenlainen taivaankappale. Tutkijat käyttivät tästä nimitystä "mustan aukon tähti".

Taiteilijan näkemys ”mustan aukon tähdestä”. Kuva on kaaviollinen ja tähden keskellä on massiivinen musta aukko kertymäkiekkoineen. Piirros ei ole mittakaavassa, sillä mustan aukon ympärille kertynyt kaasukehä on paljon laajempi ja massiivisemmi kuin mitä kaavio antaa ymmärtää. Kaasukehä on juuri se minkä näemme punaisina pisteinä. Kuva © MPIA / Hda / T. Müller / A. de Graaff.

James Webb -teleskoopin kyky tehdä havaintoja kaukaa menneisyydestä on paljastanut joukon kohteita, jotka vaikuttavat olevan liian massiivisia sijaitakseen niin varhaisessa maailmankaikkeudessa. Nämä "pienet punaiset pisteet" eivät näytä sopivan perinteiseen malliin siitä, miten galaksit ja supermassiiviset mustat aukot niiden keskustoissa kehittyvät.

Yksi tällainen kohde, lempinimeltään "The Cliff", on erityisen mielenkiintoinen. Sen ominaisuudet eivät vastaa sitä, mitä odottaisimme nuorelta galaksilta.

Ratkaisuksi tähän arvoitukseen on ehdotettu uutta teoriaa, joka esittelee "mustan aukon tähdet". Nämä eivät ole tähtiä perinteisessä mielessä, vaan supermassiivisia mustia aukkoja, joita ympäröi paksu, myrskyisä kaasuvaippa.

Tässä mallissa musta aukko kerää ympärilleen valtavan määrän kaasua, joka muodostaa sen ympärille tiheän kuoren. Tämä kaasuvaippa peittää mustan aukon ja sen kertymäkiekon näkyvistä, ja sen sijaan näemme vain kaasun hehkun – punaisen pisteen. Tämä selittäisi, miksi kohteet näyttävät niin kirkkailta ja punaisilta, ja miksi ne vaikuttavat olevan niin massiivisia.

Jos teoria mustan aukon tähdistä osoittautuu todeksi, se mullistaisi käsityksemme varhaisesta maailmankaikkeudesta. Se voisi selittää, miten supermassiiviset mustat aukot kasvoivat niin suuriksi niin nopeasti universumin historian alkuvaiheessa.

 

Punaiset pisteet ja "The Cliff"

James Webb -avaruusteleskooppi on suunniteltu näkemään maailmankaikkeuden kaukaisimpiin ja varhaisimpiin kolkkiin. Tutkiessaan näitä varhaisia vaiheita, noin 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, teleskooppi on löytänyt lukuisia kohteita, joita on alettu kutsua punaisiksi pisteiksi.

Nämä kohteet ovat hämmentäneet tutkijoita, koska ne näyttävät olevan liian kehittyneitä ja massiivisia ollakseen olemassa niin varhain maailmankaikkeuden historiassa. Niiden punainen väri viittaisi vanhoihin tähtiin, mutta niiden kirkkaus ja koko eivät sovi yhteen tunnettujen galaksimallien kanssa.

"The Cliff" erottui punaisten pisteiden joukosta selvästi. Sen valon spektri on äärimmäisen poikkeava. Spektrissä näkyi jyrkkä pudotus, jota kutsutaan Balmerin harppaukseksi. Tämä ilmiö liittyy vetyatomien ionisoitumiseen, ja "The Cliffillä" se oli kaksi kertaa voimakkaampi kuin missään aiemmin havaitussa kaukaisessa kohteessa. Tällainen voimakas signaali viittasi siihen, että valo ei tule tavanomaisesta tähtien joukosta, vaan yhdestä, massiivisesta lähteestä.

Koska "The Cliffin" kaltaisten kohteiden ominaisuudet eivät sopineet yhteen olemassa olevien teorioiden kanssa, tutkijoiden oli ajateltava laatikon ulkopuolelta. Perinteiset selitykset eivät riittäneet.

Tutkijaryhmä kehitti uuden mallin, mustan aukon tähden. Tässä mallissa ei ole kyse tähdestä sanan perinteisessä merkityksessä, vaan supermassiivisesta mustasta aukosta, jota ympäröi tiheä ja myrskyisä vetykaasuvaippa. Kaasuvaippa syntyy nopeasti materian kertymisestä musta aukon ympärille. Se kuumenee ja emittoi sähkömagneetista säteilyä lähes kaikilla aallonpituuksilla. Tämä kuuma kaasuvaippa peittää alleen mustan aukon ja sen kuuman kertymäkiekon. Kaasun läpi kulkeva valo muuttuu ja saa aikaan juuri sellaisen voimakkaan ja jyrkän Balmerin harppauksen, joka "The Cliff" -kohteessa havaittiin. Simulaatiot, jotka perustuivat tähän malliin, vastasivat erittäin tarkasti "The Cliffin" havaittua spektriä. Tämä antoi vahvaa tukea teorialle, että kyseessä voisi olla aivan uudenlainen taivaankappale.

"Mustan aukon tähti" -malli on tällä hetkellä vahvin ehdokas selittämään "The Cliffin" kaltaisten äärimmäisten kohteiden olemassaolon. Se tarjoaa elegantin ratkaisun siihen, miksi nämä kohteet näyttävät yhdeltä massiiviselta, punaiselta ja kylmältä "tähdeltä" monien erillisten tähtien sijaan. Malli voisi myös selittää, miten supermassiiviset mustat aukot kasvoivat niin nopeasti varhaisessa maailmankaikkeudessa.

On kuitenkin tärkeää muistaa, että malli on vielä uusi ja hypoteettinen. Se vaatii lisää havaintoja ja tutkimusta vahvistuakseen.

Ennen "mustan aukon tähti" -mallia "pienille punaisille pisteille" on ehdotettu myös muita selityksiä:

Erittäin tiheät ja pölyiset nuoret galaksit: Yksi johtavista teorioista oli, että kohteet ovat äärimmäisen tiheitä ja pienikokoisia galakseja, joissa syntyy valtavasti uusia tähtiä. Tässä mallissa galaksit olisivat niin paksun pölyvaipan peitossa, että vain punainen valo pääsisi siitä läpi, mikä selittäisi niiden värin. Ongelmana tässä mallissa on, että se vaatisi tähtien syntyvän niin kiivaaseen tahtiin, että se haastaa nykyiset mallit galaksien muodostumisesta.

Aktiiviset galaksiytimet (AGN): Toinen vaihtoehto on, että kohteet ovat supermassiivisia mustia aukkoja, jotka ovat galaksiensa keskustoissa ja keräävät aktiivisesti ainetta (AGN, Active Galactic Nucleus). Nämä kohteet olisivat myös paksun pölyn peitossa. Vaikka monissa "pienissä punaisissa pisteissä" onkin havaittu merkkejä aktiivisista galaksiytimistä, tämä teoria ei yksinään selitä "The Cliffin" kaltaisten kohteiden äärimmäisiä ominaisuuksia, kuten erittäin voimakasta Balmerin harppausta. Lisäksi monilta kohteilta puuttuu röntgen- ja radiosäteily, jota tyypillisesti odotettaisiin AGN-kohteilta.

Koska "mustan aukon tähti" on toistaiseksi hypoteettinen malli, tutkijoiden ensisijainen tavoite on kerätä lisää todistusaineistoa, joka joko tukee tai kumoaa sen. Suunnitelmat jatkotutkimuksille ovatkin monipuolisia ja keskittyvät juuri mallin heikkojen kohtien ja ennusteiden testaamiseen.

 

Suunnitelmat jatkotutkimuksille

Jatkotutkimusten päätavoite on erottaa "mustan aukon tähti" -kandidaatit muista mahdollisista selityksistä, kuten äärimmäisen pölyisistä galakseista tai perinteisistä aktiivisista galaksiytimistä (AGN).

Ensimmäinen askel on käydä läpi kaikki James Webb -teleskoopin keräämä data ja etsiä järjestelmällisesti lisää "The Cliffin" kaltaisia kohteita, joilla on poikkeuksellisen voimakas spektri. Mitä suurempi otos samankaltaisia kohteita löydetään, sitä paremmin niiden yhteisiä ominaisuuksia voidaan tutkia ja verrata teorioihin.

Tutkijat pyrkivät myös saamaan entistä tarkempia ja syvempiä spektrejä "The Cliffistä" ja muista mahdollisista kandidaateista. Tavoitteena on etsiä heikkoja merkkejä kaasun liikkeestä ja koostumuksesta. Tällainen data voisi paljastaa yksityiskohtia kaasun nopeudesta ja lämpötilasta, mikä auttaisi varmistamaan, onko kyseessä kaoottinen kaasuvaippa vai esimerkiksi järjestäytyneemmin pyörivä galaksin kiekko.

Näiden jatkotutkimusten avulla tiedeyhteisö pyrkii pala palalta kokoamaan palapeliä ja selvittämään, onko James Webb -avaruusteleskooppi todella löytänyt ensimmäiset todisteet täysin uudentyyppisestä taivaankappaleesta.

 

Lähteet

[1] “Black Hole Stars” could solve JWST riddle of overly massive early galaxies” Max Plancj Institute:n lehdistötiedote, 12.9.2025.

[2] "A remarkable ruby: Absorption in dense gas, rather than evolved stars, drives the extreme Balmer break of a little red dot at z = 3.5", by A. de Graaff et al. Published in Astronomy & Astrophysics, 2025, 701, A168.

 

 

3I/ATLAS on tavanomaisen kokoinen

KAK / ESA lehdistötiedote — Kansainvälinen tutkimusryhmä, johtajanaan David Jewitt (Department of Earth, Planetary and Space Sciences, UCLA, Los Angeles, CA 90095), on ottanut kaikkien aikojen terävimmän kuvan odottamattomasta tähtienvälisestä komeetasta 3I/ATLAS käyttämällä NASA:n/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppia.

Tämä kuva tähtienvälisestä komeetasta 3I/ATLAS otettiin Hubble-avaruusteleskoopin laajakenttäkameralla 21. heinäkuuta 2025. Mittakaavapalkki on merkitty kaarisekunneissa. Pohjois- ja itäkompassinuolet osoittavat kuvan suunnan taivaalla. Tämä kuva on otettu näkyvän valon (max. 587,4 nm) aallonpituudella. Kuva: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA); kuvankäsittely: J. DePasquale (STScI).

Hubble-havaintojen ansiosta tähtitieteilijät voivat arvioida tarkemmin komeetan jäisen ytimen kokoa. Ytimen halkaisijan yläraja on 5,6 kilometriä, vaikka se voisi olla vain 320 metriä, tutkijat raportoivat. Hubble-kuvat asettavat tiukemmat rajoitukset ytimen koolle kuin aiemmat maanpäälliset arviot. Komeetan kiinteää ydintä ei voi tällä hetkellä havaita suoraan edes Hubblen avulla. Muiden observatorioiden, kuten NASA/ESA/CSA:n James Webb -avaruusteleskoopin, havainnot tulevat tarkentamaan tietojamme komeetasta, koon lisäksi myös sen kemiallisesta koostumuksesta.

Hubble kuvasi komeetan Auringon lämmittämältä puolelta purkautuvan pölypilven ja ytimestä poispäin virtaavan pölypyrstön. Tutkimustietojen mukaan massahäviö vastaa komeettoja, jotka havaitaan ensimmäisen kerran noin 480 miljoonan kilometrin etäisyydellä Auringosta. Pölymäärä on yhtäläinen aiemmin havaittujen Aurinkokuntaan kuuluvien ja Aurinkoa lähestyvien komeettojen massahäviön kanssa. Suuri ero on siinä, että tämä tähtienvälinen vierailija on peräisin jostain toisesta tähtikunnasta muualta Linnunradastamme.

3I/ATLAS kulkee Aurinkokuntamme läpi noin 58 km/s nopeudella, mikä on suurin koskaan mitattu vierailevalle kappaleelle. Tämä vauhti on todiste siitä, että komeetta on ajelehtinut tähtienvälisen avaruuden halki miljardeja vuosia. Useiden tähtien ja tähtisumujen ohitusten gravitaatiovaikutus on kiihdyttänyt komeetan nopeutta. Mitä kauemmin 3I/ATLAS on ollut tähtienvälisessä avaruudessa, sitä suuremmaksi sen nopeus on kasvanut.

Tutkimus julkaistaan The Astrophysical Journal Letters -lehdessä. Se on jo saatavilla täällä.

Hubble 35 vuotta

Tasan 35 vuotta sitten käynnistettiin yksi avaruustutkimuksen merkittävimmistä menestystarinoista: Hubble-avaruusteleskooppi. NASA:n ja Euroopan avaruusjärjestö ESA:n yhteinen hanke on ollut paitsi tieteellinen voimannäyte myös visuaalisesti huikea ikkuna avaruuden syvyyksiin.

Hubble sijoitettiin Maan kiertoradalle 24. huhtikuuta 1990 sukkula Discoveryn (STS-31) kyydissä. Alun perin 15 vuoden toiminta-ajalle suunniteltu teleskooppi ei ole vain ylittänyt odotukset – se on mullistanut ymmärryksemme maailmankaikkeudesta.

Hubble avaruudessa. Kuva NASA/ESA.

Näkyjä valon tuolla puolen

Hubble on tuottanut ennennäkemättömän tarkkoja kuvia galakseista, tähtisumuista, eksoplaneettajärjestelmistä sekä tähtien ja planeettakuntien syntyalueista. Sen ikonisiin saavutuksiin kuuluvat muun muassa Hubble Deep Field ja Ultra Deep Field -kuvat, jotka paljastivat tuhansia galakseja taivaan mitättömältä kaistaleelta.

Tieteellisesti teleskooppi on ollut avainroolissa universumin laajenemisnopeuden mittauksissa, pimeän energian hahmottamisessa ja eksoplaneettojen ilmakehien tutkimuksessa. Hubble on kuvannut supernovia, galaksien törmäyksiä ja tähtien syntyalueita tavalla, jota ei aiemmin pidetty mahdollisena.

Hubblen kameran tarkkuutta on parannettu kahdella huoltolennolla asennetuilla lisälaitteella ja uudella kameralla. Vasemmalla korjaamaton kuva, heti Hubblen kiertoradalle asettamisen jälkeen. Keskellä on samasta kohteesta vuoden 1993 tehdyn ensimmäisen huoltolennon jälkeen vuonna 1994 otettu kuva, joka osoittaa erotuskyvyn korjaantuneen merkittävästi. Kuva oikealla on otettu vuoden 2009 huoltolennolla asennetulla Wide Field Camera 3 -kameralla, joka osoittaa vieläkin suurempaa erotuskykyä. Kuva Wikimedia Commons.

Epäonnesta täysosumaksi

Hubble ei kuitenkaan aloittanut uraansa ongelmitta. Pian laukaisun jälkeen huomattiin, että sen pääpeili oli hiottu väärin – tuloksena oli epätarkkoja kuvia, jotka hädin tuskin ylsivät maanpinnalta otettujen kuvien tarkkuuteen. Vuonna 1993 tehdyllä huoltolennolla astronautit asensivat COSTAR-korjausjärjestelmän, joka palautti kuvanlaadun suunnitellulle tasolle, noin 0,1 kaarisekuntiin. Tämä pelastusoperaatio oli yksi avaruussukkulaohjelman suurista onnistumisista.

Vuosien varrella Hubblea on huollettu viidesti. Viimeisin huoltolento vuonna 2009 toi mukanaan muun muassa uuden Wide Field Camera 3:n. Tämän jälkeen teleskooppi on toiminut ilman mekaanista huoltoa, mutta insinöörit ovat onnistuneet ratkaisemaan etäyhteydellä useita teknisiä ongelmia, kuten gyroskooppivikoja ja järjestelmävirheitä.

Hubble huollettavana ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993. Kuva NASA.

Hubble & Webb – täydentävä kaksikko

Vuodesta 2021 lähtien Hubble on toiminut rinnakkain James Webb -avaruusteleskoopin kanssa. Siinä missä Webb katsoo infrapuna-aallonpituuksilla kauemmas ja ajallisesti syvemmälle menneisyyteen, Hubble täydentää havaintoja näkyvän valon ja ultraviolettialueen tarkkuudellaan.

NASA on ilmoittanut jatkavansa Hubble-projektia niin kauan kuin se vain teknisesti on mahdollista. Teleskoopin merkitys tiedeyhteisölle ja suurelle yleisölle on valtava: sen kuvista on tullut ikoneita, ja sen löytämät ilmiöt ovat synnyttäneet kokonaisia tutkimusaloja.

NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin 35-vuotispäivän kunniaksi Maan kiertoradalla on tänään julkaistu valikoima vakuuttavia kuvia, jotka Hubble on äskettäin ottanut:

Vasemmalla ylhäällä: Mars-planeetta nähtynä joulukuun 2024 lopulla. Hubblen ainutlaatuisen ultraviolettivalon paljastamat ohuet vesi-jääpilvet antavat punaiselle planeetalle huurteisen ulkonäön.

Ylhäällä oikealla: Planetaarinen sumu NGC 2899. Tämä sumu on muotoiltu säteilyn ja tähtituulten ulosvirtauksesta  valkoisesta kääpiöstä, joka on sumun keskellä.

Vasemmalla alhaalla: Rosette sumu. Tämä on pieni osa valtavaa tähtienmuodostusaluetta. Tummat vetykaasupilvet, joissa on pölyä, näkyvät kuvan poikki.

Alhaalla oikealla: Galaksi NGC 5335, joka on spiraaligalaksi, jonka kiekolla on hajanaisia ​​tähtienmuodostuksen virtoja. Merkittävä palkkirakenne on näkyvissä galaksin keskuksen poikki. Klikkaa kuvaa suuremmaksi! Kuvat NASA, ESA, STScI.

Hubblen tiede ja löydöt viime vuosina

Hubblen avulla tehdyt tutkimukset ja uudet löydöt eivät ole hidastuneet teleskoopin ikääntymisestä ja laiterikoista huolimatta. Eurooppalaiset tähtitieteilijät käyttävät teleskooppia intensiivisesti, ja eurooppalaisten johtamien ohjelmien osuus havainnointiajasta on jatkuvasti yli 15 %, jonka ESAn osallistuminen Hubble-operaatioon takaa heidän monien ehdotustensa, joilla on vahvat tieteelliset ansiot. Merkittävien tutkimusten ja niiden löytöihin, joiden havaintoihin on Hubblea käytetty, on aivan liian pitkä tähän listattavaksi. Tässä kuitenkin joitakin esimerkkejä:

Keskimassainen musta aukko Omega Centauri:ssa, joka on aikaisimpien supermassiivisten mustien aukkojen edeltäjä. Kaukana mistä tahansa isäntägalaksista peräisin olevan poikkeuksellisen kirkkaan valon välähdys, valkoisissa kääpiötähdissä fuusioituva vety ja populaatio III:n tähtien havaitseminen niin kaukaisesta maailmankaikkeudesta kuin Hubble vain pystyy havaitsemaan. Erityinen kohokohta ja osoitus Hubblen uskomattomista kyvyistä oli Earendelin löytö vuonna 2022, joka on kaukaisin koskaan nähty yksittäinen tähti 12,9 miljardin vuoden etäisyydellä menneisyydessä, kun maailmankaikkeus oli alle miljardi vuotta vanha.

Hubblen pitkästä käyttöiästä hyötynyt OPAL-ohjelma juhli aurinkokunnan ulkoplaneettojen tutkimisen vuosikymmentä. Löydöt, kuten todisteet vesihöyryn esiintymisestä Jupiterin kuilla Europa ja Ganymede , Saturnuksen renkaiden "puolat", Jupiterin suuren punaisen täplän koko sekä Uranuksen ja Neptunuksen värit ovat vain joitain tuloksena syntyneitä. Hubble sai huomion myös aurinkokunnan pienemmät kappaleet – ei vähiten asteroidi Dimorphos, DART-asteroidien uudelleenohjaustestin kohteena. Hubble otti kuvia Dimorphoksesta ennen törmäystä ja sen jälkeen Webbin rinnalla, tuottaen myöhemmin elokuvan ”roskista” ja näki törmäyksessä sinkoutuneita lohkareita. Kansalaistieteellinen projekti löysi myös tuhansia asteroidien jälkiä yli kahden vuosikymmenen arkistoiduilla Hubble-tilannekuvilla.

Aurinkokunnan ulkopuolella Hubble on ollut merkityksellinen nopeasti kasvavalla eksoplaneettojen tutkimuksen alalla. Se havaitsi sääolosuhteita eksoplaneetan ilmakehässä, näki uuden ilmakehän muodostumisen Maan kaltaisen kivisen eksoplaneetalle ja löysi pienen eksoplaneetan, jonka ilmakehässä oli vesihöyryä. Vuonna 2021 valmistui myös kuvakokoelma supernova–isäntägalakseista 18 vuoden tutkimuksen ajalta, kuvia, joita käytettiin mittaamaan Hubble-vakiota tähän asti suurimmalla tarkkuudella. Myös tänä vuonna huipentui Andromedan galaksin kaikkien aikojen suurin fotomosaiikki, joka on luotu lähinaapurimme kymmenen vuoden Hubble-havainnoista.

Tässä siis vain muutamia tärkeimpiä havaintoja, joihin on käytetty Hubblea. Voit lukea lisää havainnoista NASA:n ja ESA:n sivuilta.

 

Faktoja Hubble-avaruusteleskoopista

• Nimi: Hubble Space Telescope (HST)
• Lähtö: 24. huhtikuuta 1990, sukkula Discovery (STS-31)
• Radan korkeus: noin 540 km Maan pinnasta
• Massa: noin 11 100 kg
• Pääpeilin halkaisija: 2,4 metriä (monoliitti)
• Aallonpituudet: näkyvä valo, ultravioletti, lähi- ja etäinfrapuna
• Kehittäjät: NASA ja ESA
• Huoltolentoja: viisi vuosina 1993, 1997, 1999, 2002 ja 2009.

 

Merkittäviä virstanpylväitä

• 1990: Laukaisu ja pääpeilivirheen havaitseminen
• 1993: Huoltolento STS-61 – COSTAR-korjauslaitteen asennus
• 1995: Ensimmäinen Hubble Deep Field -kuva julkaistaan
• 2004: Hubble Ultra Deep Field paljastaa galakseja ennennäkemättömällä syvyydellä
• 2009: Viimeinen huoltolento – uusia instrumentteja mukaan lukien Wide Field Camera 3
• 2012: Eksoplaneettojen kaasukehien vesihöyryhavaintoja
• 2021: James Webb avaruusteleskooppi lähetetään – Hubble saa uuden työparin
• 2024: Gyroskooppivika korjataan etäyhteydellä
• 2025: 35-vuotisjuhla ja yhä aktiivinen havaintotyö.

 

Mitä Hubble on opettanut?

• Maailmankaikkeus laajenee kiihtyen: Hubble’n havainnot vahvistivat, että universumin laajeneminen kiihtyy – pimeän energian käsite syntyi.
• Galaksit muuttuvat ajan myötä: Teleskooppi on kuvannut galaksien syntyä, yhdentymistä ja muodonmuutoksia.
• Supermassiivinen musta aukko on jokaisen suuren galaksin ytimessä: Ensimmäiset havainnot ilmiöstä tehtiin Hubblella.
• Tähtien ja planeettojen synty on visuaalisesti tutkittavissa: Teleskooppi kuvasi tähtien syntyalueita ja nuoria planeettakuntia ainutlaatuisella tarkkuudella.
• Eksoplaneettojen ilmakehiä voi analysoida: Hubble onnistui mittaamaan eksoplaneettojen kaasukehien koostumuksia.
• Maailmankaikkeuden ikä tarkentui: Hubble auttoi määrittämään universumin iäksi noin 13,8 miljardia vuotta.

 

Neptunuksen infrapuna-revontulet havaittu ensimmäistä kertaa – uusi löytö James Webb -avaruusteleskoopilta

Revontuliharrastajille on tarjolla jännittäviä uutisia aurinkokuntamme ulkoreunoilta: James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on tehnyt historiallisia havaintoja Neptunuksen revontulista. Tämä on ensimmäinen kerta, kun infrapuna-alueen revontulia on havaittu tällä planeetalla. Löytö julkaistiin arvostetussa Nature-tiedejulkaisussa maaliskuussa 2025.

 

James Webb -avaruusteleskooppi havaitsi Neptunuksella ensimmäistä kertaa infrapuna-revontulia. Revontulet näkyvät tässä tehostetussa värikuvassa syaaninvärisinä. Kuvat: NASA, ESA, CSA, STScI, Heidi Hammel (AURA), Henrik Melin (Northumbria University), Leigh Fletcher (University of Leicester), Stefanie Milam (NASA-GSFC).

 

Mitä JWST löysi?

JWST:n instrumentit havaitsivat voimakasta infrapunaemissiota Neptunuksen keskileveysasteilla, mikä viittaa revontuliin. Erityisesti havaittiin trihydrogenkationin (H₃⁺) emissiosignaalia, joka syntyy, kun aurinkotuulen varatut hiukkaset törmäävät planeetan yläilmakehään ja ionisoivat vetyä. Tämä havainto osoittaa, että Neptunuksen magneettikenttä ja aurinkotuuli vuorovaikuttavat tavalla, jota ei aiemmin ole havaittu näin yksityiskohtaisesti.

Toisin kuin Maassa, jossa revontulet keskittyvät magneettisten napojen ympärille, Neptunuksen revontulet esiintyvät epätavallisilla leveyspiireillä. Tämä johtuu Neptunuksen voimakkaasti kallistuneesta (47 astetta) ja epävakaasta magneettikentästä, joka saa aikaan sen, että revontulet eivät noudata perinteisiä napakoordinaatteja.

Miksi havainto on merkittävä?

Tähän asti Neptunuksen revontulet ovat olleet vain teoreettinen ilmiö, sillä aiemmat avaruusluotaimet, kuten Voyager 2, eivät pystyneet havaitsemaan niitä yksityiskohtaisesti. JWST:n infrapunahavainnot tarjoavat nyt ensimmäistä kertaa suoran todisteen Neptunuksen auroraalisesta aktiivisuudesta.

Toinen merkittävä havainto on se, että Neptunuksen yläilmakehä on viilentynyt huomattavasti vuodesta 1989 lähtien. Tämä voi selittää, miksi revontulet eivät ole aiemmin olleet näkyvissä – viileämmässä ilmakehässä tietyt prosessit hidastuvat, mutta JWST:n herkkyys mahdollisti nyt niiden havaitsemisen.

Mitä seuraavaksi?

Tutkijat aikovat jatkaa Neptunuksen revontulien seurantaa ja analysointia, jotta voidaan ymmärtää paremmin sen magneettikentän dynamiikkaa sekä aurinkotuulen vaikutusta kaukaisiin planeettoihin. Tämä voi myös auttaa selvittämään, ovatko vastaavanlaiset ilmiöt mahdollisia eksoplaneetoilla, joissa on Neptunuksen kaltainen ilmakehä.

Vaikka Neptunuksen revontulet eivät ole näkyvissä paljain silmin, tämä löytö antaa lisätietoa aurinkokuntamme mystisistä prosesseista ja laajentaa ymmärrystämme revontulista – myös täällä Maassa.

Lisätietoja

Nature Astronomy :  Henrik Melin &All: Discovery of H₃⁺ and infrared aurorae at Neptune with JWST. Published 26 March 2025.

 

 

Webbin tekemät havainnot ensimmäisestä eksoplaneetastaan

Tutkijat ovat vahvistaneet[1] eksoplaneetan olemassaolon NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskoopin avulla ensimmäistä kertaa. Tunnuksen LHS 475 b saanut planeetta on lähes täsmälleen samankokoinen kuin omamme, sen halkaisija on noin 99 % Maan halkaisijasta.

Taiteilijan näkemys eksoplaneetasta. Kuva NASA/ESA/CSA.

Tutkimusryhmää johtavat Kevin Stevenson ja Jacob Lustig-Yeger, molemmat Johns Hopkinsin yliopiston sovelletun fysiikan laboratoriosta Laurelissa, Marylandissa. Tiimi päätti tarkkailla tätä kohdetta Webb-teleskoopilla tarkistettuaan huolellisesti NASAn Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) -satelliitin tiedot, jotka vihjasivat planeetan olemassaoloon. Webbin lähi-infrapunaspektrografi (NIRSpec) havaitsi planeetan helposti ja selkeästi vain kahdella ylikulkuhavainnolla. "Ei ole epäilystäkään siitä, että planeetta on olemassa, Webbin tarkat tiedot vahvistavat sen”, Lustig-Yager sanoi.

"Nämä ensimmäiset havaintotulokset Maan kokoisesta kiviplaneetasta avaavat oven monille tulevaisuuden mahdollisuuksille tutkia kiviplaneettojen ilmakehää Webbin kanssa", myönsi Mark Clampin, NASAn Washingtonin päämajan astrofysiikan osaston johtaja. "Web tuo meidät yhä lähemmäksi uutta ymmärrystä Maan kaltaisista maailmoista Aurinkokunnan ulkopuolella, ja tehtävä on vasta alkamassa."

Webbin havaintojen perusteella laadittu tähden kirkkauskäyrä, jossa näkyvä "kuoppa" paljastaa planeetan ylikulun, sekä sen halkaisijan. Kiertoaika puolestaan voidaan määrittää toistuvien ylikulkujen perusteella. Tähden massan ja kiertoajan perusteella voidaan laskea planeetan etäisyys tähdestä ja planeetan massa. Kuva NASA/ESA/CSA.

Kaikista toimivista kaukoputkesta vain Webb pystyy karakterisoimaan Maan kokoisten eksoplaneettojen ilmakehän. Ryhmä yritti arvioida, mitä planeetan ilmakehässä on analysoimalla sen siirtospektriä. Vaikka tiedot osoittavat, että tämä on Maan kokoinen kiviplaneetta, he eivät vielä tiedä, onko sillä ilmakehää. "Observatorion tiedot ovat kauniita", sanoi Erin May, myös Johns Hopkinsin yliopiston soveltavan fysiikan laboratoriosta. "Kaukoputki on niin herkkä, että se havaitsee helposti useita molekyylejä, mutta emme voi vielä tehdä lopullisia johtopäätöksiä planeetan ilmakehästä."

Vaikka tiimi ei voi päätellä tarkasti, mitä on havaittu, he voivat ehdottomasti sanoa, mitä ei ole. "Voimme sulkea pois joitain ilmakehätyyppejä", Lustig-Yager selitti. "Sillä ei voi olla paksua metaani-ilmakehää, joka on samanlainen kuin esimerkiksi Saturnuksen kuulla Titanilla."

Webb ei havainnut havaittavaa määrää mitään alkuainetta tai molekyyliä. Spekrihavainnot (valkoiset pisteet) ovat yhdenmukaisia ​​sellaisen planeetan ominaisuuksettoman spektrin kanssa, jolla ei ole ilmakehää (keltainen viiva). Violetti viiva edustaa puhdasta hiilidioksidi-ilmakehää, eikä sitä voi erottaa ilmakehättömästä nykyisellä tarkkuudella. Vihreä viiva edustaa puhdasta metaani-ilmakehää, joka ei kuitenkaan ole todennäköinen, koska metaanin, jos sitä on, odotetaan estävän enemmän tähtien valoa 3,3 mikrometrin aallonpituudella. Kuva NASA/ESA/CSA.

Ryhmä toteaa myös, että vaikka on mahdollista, että planeetalla ei ole ilmakehää, on joitakin ilmakehätyyppejä, joita ei ole suljettu pois, kuten puhdas hiilidioksidi-ilmakehä. "Vastaintuitiivisesti 100-prosenttinen hiilidioksidi-ilmakehä on niin paljon kompaktimpi, että sen havaitseminen on erittäin haastavaa", Lustig-Yager sanoi. Vielä tarkempia mittauksia tarvitaan, jotta tiimi erottaisi puhtaan hiilidioksidi-ilmakehän usean kaasun muodostamasta ilmakehästä. Tutkijoiden on tarkoitus hankkia lisää spektrejä lisähavainnoilla tulevana kesänä.

Webb paljasti myös, että planeetta on muutama sata astetta lämpimämpi kuin Maa, joten jos pilviä havaitaan, se voi saada tutkijat päättelemään, että planeetta on Venuksen kaltainen, jolla on hiilidioksidi-ilmakehä ja joka on jatkuvasti paksujen pilvien peitossa. "Olemme eturintamassa pienten, kivisten eksoplaneettojen tutkimisessa", Lustig-Yager sanoi. "Olemme tuskin alkaneet raapia pintaa siitä, millainen heidän ilmakehä planeetalla voisi olla."

Tutkijat vahvistivat myös, että planeetan kiertoaika on noin kaksi vuorokautta. Tämä tieto paljastui lähes välittömästi Webbin tarkasta valokäyrästä. Vaikka LHS 475 b on lähempänä tähteään kuin mikään Aurinkokunnan planeetta, sen punainen kääpiötähden lämpötila on alle puolet Auringon lämpötilasta, joten tutkijoiden mukaan planeetta voisi silti ylläpitää ilmakehää.

Tutkijoiden löydökset ovat avanneet mahdollisuuden paikantaa Maan kokoisia planeettoja, jotka kiertävät pienempiä punaisia ​​kääpiötähtiä. "Tämä kiviplaneetan vahvistus korostaa tehtävän instrumenttien tarkkuutta", Stevenson sanoi. "Ja se on vasta ensimmäinen monista löydöistä, jotka se tekee." Lustig-Yager oli samaa mieltä: "Tämän teleskoopin avulla kiviset eksoplaneetat ovat uusi raja."

LHS 475 b on suhteellisen lähellä, vain 41 valovuoden päässä, Oktantin tähdistössä.

Viittaukset

[1] Ryhmän tulokset esiteltiin American Astronomical Societyn (AAS) lehdistötilaisuudessa keskiviikkona 11. tammikuuta 2023.

Uudet ja selkeimmät kuvat Neptunuksen renkaista vuosikymmeniin

 NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on kuvannut Neptunusta ja sen renkaita. Webb ei ole ainoastaan tallentanut selkeimmän kuvan tämän planeetan renkaista yli 30 vuoteen, vaan sen kamerat paljastavat myös jääjättiläisen aivan uudessa valossa.

Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyvät Neptunuksen kuut on merkitty. Neptunuksella on 14 tunnettua satelliittia, joista seitsemän näkyy tässä kuvassa.
Triton, kirkas valopiste tämän kuvan vasemmassa yläkulmassa, on kirkkaampi kuin Neptunus, koska metaanin absorptioaallonpituudet pimentävät planeetan ilmakehää. Triton heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Tritonin, joka kiertää Neptunusta taaksepäin suuntautuvalla kiertoradalla, epäillään alun perin olleen Kuiper-vyön objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Kuva ESA

Kaikkein silmiinpistävin Webbin uudessa kuvassa on terävä näkymä planeetan dynaamisista renkaista – joista osaa ei ole nähty Voyager 2:n ohilennon jälkeen vuonna 1989. Useiden kirkkaiden kapeiden renkaiden lisäksi Webb-kuvissa näkyy selvästi himmeämpi pölynauha. Webbin äärimmäisen vakaa ja tarkka kuvanlaatu mahdollistaa myös näiden erittäin heikkojen renkaiden havaitsemisen niin lähellä Neptunusta.

Neptunus on kiehtonut ja hämmentänyt tutkijoita sen löytämisestä vuonna 1846. Neptunus sijaitsee 30 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa. Tällä äärimmäisellä etäisyydellä Aurinko on niin pieni ja himmeä, että keskipäivä Neptunuksella on samanlainen kuin hämärä maapallolla.

Kaasujättiläisiin, Jupiteriin ja Saturnukseen verrattuna, jääjättiläinen Neptunus sisältää paljon vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita. Tämä näkyy helposti Neptunuksen tunnusomaisessa sinisestä väristä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa näkyvillä aallonpituuksilla. Sininen värisävy aiheutuu kaasumaisesta metaanista planeetan ilmakehässä. Metaani imee itseensä näkyvästä valosta kaikki muut aallonpituudet mutta sinisen se heijastaa pois.

Webbin lähi-infrapunakamera ( NIRCam ) kaappaa kohteet lähi-infrapuna-alueella 0,6 – 5 mikrometriä, joten Neptunus ei näytä siniseltä Webbille. Itse asiassa metaanikaasu imeytyy niin voimakkaasti, että planeetta on melko tumma Webbin käyttämillä aallonpituuksilla paitsi siellä, missä on korkeita pilviä. Tällaiset metaani-jääpilvet näkyvät kirkkaina juovina ja täplinä, jotka heijastavat auringonvaloa ennen kuin metaanikaasu imee sen. Muiden observatorioiden kuvat ovat tallentaneet nämä nopeasti kehittyvät pilviominaisuudet vuosien varrella.

Tässä Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kuvassa näkyy Neptunus-järjestelmä yhdessä satojen kooltaan ja muodoltaan vaihtelevien taustagalaksien kanssa. Tämän kuvan vasemmassa alareunassa on hieno spiraaligalaksi. Tutkijat sanovat, että tätä galaksia ei ole aiemmin tutkittu yksityiskohtaisesti. Galaksi on noin 1 200 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Tutkijat aikovatkin tehdä lisää havaintoja tästä galaksista samoin kuin Neptunuksestakin. Kuva ESA.

Hienovaraisemmin planeetan päiväntasaajaa kiertävä ohut kirkas viiva voisi olla visuaalinen tunnus globaalista ilmakehän kierrosta, josta Neptunuksen tuulet ja myrskyt saavat voimansa. Ilmakehä laskeutuu ja lämpenee päiväntasaajalla ja siten hehkuu infrapuna-aallonpituuksilla enemmän kuin ympäröivät, viileämmät kaasut.

Neptunuksen 164-vuotinen kiertorata tarkoittaa, että sen kuvan yläosassa oleva pohjoisnapa ei näy kuvissa, mutta Webb-kuvat viittaavat erityiseen kirkkauteen tällä alueella. Webbin näkemyksen mukaan aiemmin tunnettu pyörre etelänavalla on ilmeinen, mutta Webb on ensimmäistä kertaa kuvannut sitä ympäröivän jatkuvan pilvinauhan.

Webb tallensi myös seitsemän Neptunuksen 14 tunnetusta kuusta. Tätä kuvaa Neptunuksesta hallitsee erittäin kirkas valopiste, jossa on tunnusomaiset diffraktiopiikkit, jotka näkyvät monissa Webbin kuvissa; se ei ole tähti, vaan Neptunuksen suurin kuu, Triton.

Tritonin pinnan peittää jäätynyt typpi, jonka vaikutuksesta kuu heijastaa keskimäärin 70 prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta. Se ylittää Neptunuksen kirkkauden, koska planeetan ilmakehä on pimentynyt Webbin aallonpituuksilla tapahtuvan metaanin absorption vuoksi. Triton kiertää Neptunusta yleistä kiertosuuntaa päinvastaisesti, mikä saa tähtitieteilijät spekuloimaan, että tämä kuu oli itse asiassa Kuiperin vyöhykkeen objekti, jonka Neptunus on kaapannut. Lisää Webb-tutkimuksia sekä Tritonista että Neptunuksesta suunnitellaan ensi vuonna.

JWSTn laukaisun päivämäärä siirtyi

 ESA ja NASA yhteishanke James Webb avaruuskaukoputken laukaisu on siirtynyt joulukuun 18. päivään. Kumpikaan avaruusjärjestö ei tiedotteessaan kerro sitä, mikä siirron perimmäinen syy on. Niitä varmasti on monia eikä koronapandemia ole niistä vähäisin. Teleskooppi on valmiina siirrettäväksi Kaliforniasta laukaisukeskukseen Kourouhun Ranskan Guianassa, jossa myös Ariane 5 ECA -kantoraketin osat odottavat lopullista kokoonpanoa.

JWST viimeisessä toimintatestissä

Ensi lokakuun 31 päivänä avaruuteen lähetettävä James Webb avaruusteleskooppi on avattu viimeisen kerran toimintavalmiuteen maanpinnalla. Testi tehtiin Northrop Grumman tehtaalla Kaliforniassa. Jos ja kun testi on läpäisty, avaruusteleskooppi taitellaan jälleen valmiiksi laukaisuasentoon, pakataan kuljetussäiliöön ja se lähteen pariviikkoiselle matkalle laivalla kohti Etelä-Amerikan pohjoisrannalla sijaitsevaa Euroopan avaruusjärjestön laukaisukeskusta Kourouta Ranskan Guianassa.

James Webb avaruusteleskooppi viimeisessä tarkastuksessa. Kuva NASA / Chris Gunn.

Kouroussa avaruusteleskooppi kiinnitetään Ariane 5 kantorakettiin ja laukaisun on suunniteltu tapahtuvaksi lokakuun 31 päivänä tänä vuonna. Ariane 5 on ainoa kantoraketti, jonka lastitila on riittävän laaja kaukoputkelle. Tässä samassa syystä 6,5 metriä halkaisijaltaan oleva pääpeili avataan vasta avaruudessa.

Pääpeili koostuu 18 kuusikulmaisesta osapeilistä, joiden pitää avaruudessa tuottaa yksi, erittäin tarkka kuva. Näin ollen osapeilien suuntaus on ollut erittäin suurta tarkkuutta vaativa tehtävä. Peilit on valmistettu erittäin keveästä berylliumista ja päällystetty kultauksella. Kulta heijastaa infrapunasilla aallonpituuksilla parhaiten. JWST toimiikin infrapunaisen valon usealla eri aallonpituudella.

Havainnot infrapunaisella aallonpituudella vaativat sitä, että niin itse peili kuin kaikki havaintolaitteet ovat kylmempiä kuin vastaanotettava infrapunainen valo. Tästä syystä avaruusteleskoopissa on avattava lämpösuoja, jonka viisi kerrosta lämmöltä eristävää kalvoa estävät itse kaukoputkea lämpenemästä Auringon porottaessa esteettömästi.

Kaukoputkea ei luonnollisestikaan voi koskaan suunnata kohti Aurinkoa, Kuuta tai Maata kohti. Tämän vuoksi se sijoitetaankin noin 1,5 miljoona km etäisyyteen Maan radan ulkopuolelle, jossa se pysyttelee lähes paikoillaan keskipakovoiman vaikutuksesta. Aluetta kutsutaan Lagrangen L2 pisteeksi. Keskipakovoiman aiheuttaa Maan kiertoliike Auringon ympäri, koska maapallon gravitaatio toimii eräänlaisena liekana, jonka päässä avaruusteleskooppi on. Maapallon kiitää avaruudessa nopeammin kuin avaruusteleskooppi omalla Aurinkoa kiertävällä radalla, joten teleskooppi on pakotettu nopeampaan vauhtiin ja tästä syntyy keskipakovoima, joka kumoaa Maan gravitaatiovoiman.

JWST on tullut maksamaan noin 10 miljardia dollaria. Lisäksi se on useita vuosia myöhässä alkuperäisestä aikataulustaan.

Alla olevassa videossa joitakin välähdyksiä JWST:n kokoamisesta.