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.

 

JWST pääpeili on onnistuneesti avattu

James Webb avaruusteleskoopin molemmat pääpeilin sivulohkot on onnistuneesti avattu. Ensimmäinen lohko avattiin eilen 7.1. ja tänään 8.1. kello 17.30 Suomen aikaan avausprosessi toisen lohko osalta saatiin pääosin suoritettua. Tämän jälkeen pienten peililohkojen asemointi vie vielä jonkin aikaa. Samoin monien instrumenttien käyttöönotto ja kalibrointi vie vielä aikaa kuukausia, joten varsinaiseen havainnointiin JWST:llä päästään vasta ensi kesänä.

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.

 

 

JWST viivästyy jälleen

James Webbin avarusutteleskooppia suojaa auringonsäteilyltä
monikerroksinen varjostin. Suojassa auringonvalolta
kaukoputken pääpeili jäähtyy passiivisesti hyvin matalaan
lämpötilaana.. Kuva NASA.

NASA on ilmoittanut viivästyttävänsä uuden James Webb avaruusteleskoopin (JWST) laukaisua entisestään. Rakenteilla oleva teleskooppi vaatii lisätestauksia ja niiden vaatima aika on mahdollista saavuttaa vain viivästyttämällä laukaisua. NASAn ilmoituksen mukaan teleskooppi tullaan laukaisemaan avaruuteen toukokuussa 2020.

James Webb teleskooppi muodostuu passiivisesti jäädytetystä 6,5 metrin mosaiikkipeilistä. Laukaisun aikana peili on kasattu nippuun ja se avataan toimintavalmiuteen vasta sijoituspaikassaan noin 1,5 miljoonan km etäisyydellä maapallon yöpuolella Lagrangen pisteessä L1. Kokoonpano on välttämätön, sillä laukaisuun käytettävän Ariane 5 kantoraketin lastiruumaan ei mahdu laajempaa kuin 4,5 m rakenteita.

Teleskoopin peili ja havaintoinstrumentit ovat aurinkosuojan takana, joka on useampikerroksinen ohuesta aluminoiduista kalvoista muodostettu laaja varjostin. Peilin tulee olla mahdollisimman kylmä, sillä kaikki havainnot tehdään infrapunaisen valon aallonpituuksilla. Suojan taakse jäävät niin Aurinko kuin Maa ja Kuu, jotka kaikki ovat liian kirkkaita infrapunaisella aallonpituuksilla havaintoinstrumenteille.

 Laaja-alaisesti infrapunavalon aallonpituuksia voidaan käyttää havainnointiin vain avaruuteen sijoitetuilla laitteilla. Aivan lähi-infran aallonpituuksia voidaan käyttää maapinnalla olevilla laitteilla silloin, kun kaukoputket on sijoitettu usean kilometrin korkeuteen vuoristoon. Vuoristoissa suurin osa ilmakehästä ja ennen kaikkea ilmakehän sisältämästä vesihöyrystä on jäänyt alempiin ilmakerroksiin ja haittaa näin vain vähän havaintoja. Laaja-alaisesti ilmakehän läpi infrapunahavaintoja ei pystytä tekemään.

Infrapunaisilla aallonpituuksilla tehdyt havainnot ovat olleet jo pitkään hyvin tärkeitä tutkimukselle. Infrapunaisilla aallonpituuksilla saadaan tehtyä havaintoja esimerkiksi avaruuden pölypilvien sisältä, Linnunradan keskustan alueelta, Aurinkokunnasta ja varhaisen maailmankaikkeuden kehittymisestä.

Hubble nappasi kuvan ISON-komeetasta

Komeetta C/2012 S1 ISON
Hubble avaruuskaukoputken
kuvaamana. Kuva Nasa/HST

Ensi joulukuussa näkyvä komeetta C/2012 S1 (ISON) on kuvattu Hubble-avaruuskaukoputkella. Valokuva otettiin 10. päivänä tätä kuuta ja siinä näkyy kuinka komeetalle on kehittynyt jo nyt pyrstö. Kuvan ottohetkellä komeetan etäisyys Aurinkoon oli 4,15 au¹ ja Maahan 4,24 au. Tavallisesti komeetoilla ei tällä etäisyydellä Auringosta ole kovinkaan merkittävää komaa² saatikka sitten pyrstöä.

Kuvaushetkellä koman halkaisija oli noin 5 000 km ja pyrstön pituus noin 91 000 km. Koman pyrstön mitat ovat vielä vaatimattomia, sillä perihelin³ lähestyessä ja etenkin sen jälkeen mitat ovat jopa tuhansia kertoja suuremmat.

Komeetta havaittiin International Scientific Optical Network (ISON) kuvausprojektissa syyskuussa 2012. Alustavat mittaukset ovat osoittaneet, että komeetan jäästä muodostunut ydin on 4,5–6 km kokoinen. Komeetaksi se on ehkä hieman keskiarvoa kookkaampi, mutta ei kuitenkaan mikään jättiläinen. Komeetta on kuitenkin tavallista aktiivisempi, josta voitaneen päätellä, että komeetta on ensimmäisellä ja ehkä viimeisellä kierroksella Auringon läheisyyteen. Komeetan etäisyys Auringosta on lyhyimmillään radan perihelissä marraskuun 28. päivänä, jolloin se on 1 100 000 km etäisyydellä Auringosta.

Komeetan Auringon ohitus tapahtuu sen verran läheltä, että se voidaan luokitella ns. Auringon hipojiin. Auringon hipojat ovat komeettoja, joiden rata vien ne hyvin lähelle Aurinkoa. Auringon hipojia on useita ryhmiä, joita kutsutaan komeettaperheiksi⁴. Perheiden syntyminen on ajateltu tapahtuvan niin, että suuri komeetta Auringon ohittaessaan on jakautunut pienemmiksi komeetoiksi, jotka edelleen ovat jatkaneet matkaansa suunnilleen samalla radalla alkuperäisen komeetan kanssa.

Suuren komeetan pirstoutuneet jäännöskomeetat ovat edelleen olleet sen verran suuria, että nekin ovat voineet hajota Auringon läheisyydessä vielä pienemmiksi komeetoiksi. Näin on yhdestä alkuperäisestä komeetasta tullut kymmenien pienempien komeettojen perhe, jotka ovat suunnilleen samalla radalla toistensa kanssa. Kun komeettojen koko on riittävän pieni, ne eivät enää selviäkään Auringon ohituksesta, vaan hajoavat ja haihtuvat olemattomiin. Joskus auringonhipojan rata vie sen suoraan törmäyskurssilla Aurinkoon.

Sama kuva kuin edellä, mutta
kontrastia ja kirkkautta on
lisätty, jotta pyrstön yksityis-
kohdat tulisivat selkeämmin
näkyviin. Kuva Nasa/HST.

Komeetta C/2012 S1 (ISON):a on kutsuttu ”vuosisadan komeetaksi”. Tämä tarkoittaa sitä, että komeetan kirkkaus olisi niin suuri, että sellaista ei ole aikaisemmin nähty ainakaan sataan vuoteen. Toistaiseksi tuleva kirkkaus on epävarmaa, sillä komeettojen näyttävyyden ennustaminen on yhtä vaikeaa kuin kalansaaliin ennustaminen. Joskus komeetat käyttäytyvät keskimääräisesti ja silloin ennustukset osuvat hyvin kohdalleen. Joskus taas poikkeama kirkkaudessa on niin suuri, että ennusteet eivät ole osuneet kohdalleen. Komeetta voi olla himmeämpi tai kirkkaampi kuin ennusteiden perusteella olisi syytä odottaa.

Komeetat voivat myös yllättää: komeetta 17P/Holmes kirkastui yli miljoona-kertaisesti (14 magnitudia) 24. lokakuuta 2007 komeetassa tapahtuneen purkauksen tai pienemmän kappaleen törmäyksen aiheuttamana. Kirkastumisen varmaa syytä ei tiedetä. Komeetan koman halkaisija oli laajimmillaan 1,4 miljoona kilometriä, eli suunnilleen Auringon kokoinen.

ISON-komeetan odotetaan olevan hyvin kirkas ja näyttävä. Sen rata on noin 62 asteen kulmassa planeettakunnan tasoa vastaan ja se lähestyy Aurinkoa tason pohjoispuolelta. Syyskuun alkupuolella se nousee horisontin yläpuolelle aamuhämärissä. Lokakuun puolivälissä se näkyy vain asteen etäisyydellä Marsista ja lokakuun 30. päivänä aamuyöllä se muodostaa Marsin ja Kuun kanssa kolmion. Tässä vaiheessa komeetta on vielä liian himmeä näkyäkseen paljain silmin.

Marraskuun aikana se lähestyy nopeasti Aurinkoa ja saavuttaa perihelin 28. päivänä. Perihelin jälkeen (edellyttäen että se selviää Auringon lähiohituksesta) se suuntaa kulkunsa kohti pohjoista taivaanpalloa. Suomessa sen näkyvyysikkuna avautuu joulukuun ensimmäisellä viikolla, jolloin sen voi nähdä sekä ilta-, että aamuhämärässä. Komeetan radan viedessä sitä yhä vain pohjoisemmaksi, komeetan näkyvyysaika pitenee ja 18. joulukuusta lähtien se onkin sirkumpolaarinen, eli se ei laske horisontin alapuolelle lainkaan.

Joulukuun puolivälissä komeetta on Herkuleen tähdistössä. Joulukuun 19. päivästä alkaen se on muutaman päivän Pohjan kruunussa ja palaa Herkuleen pohjoisosaan 22.12. Lohikäärmeeseen se siirtyy 25.12. päivän iltana ja Pieneen karhuun 1.1.2014. Viikkoa myöhemmin 7.1. se sijaitsee vain parin asteen etäisyydellä Pohjantähdestä Kefeuksen tähdistössä. Sieltä se siirtyy Kiraffin tähdistöön 13.1. Tässä vaiheessa on vaikea ennakoida kuinka pitkään komeetta on näkyvissä, sillä se riippuu ainoastaan sen kirkkaudesta.

On olemassa myös toinenkin tekijä, joka vaikuttaa komeetan näkymiseen, nimittäin säätila. Kuten kaikilla on hyvin muistissa viime talveen pilviset säät, ne eivät ole koskaan erityisen suosiollisia taivaan tarkkailuun. Ainoastaan jos Siperiasta maahamme työntyy sulkukorkepaine, joka estää matalapaineiden pääsyn Fennoskandian alueelle, tai jos Pohjoisnavalta ulottuu korkeapaineen selänne, niin silloin on pienet mahdollisuudet komeetan näkemiseen. Talvella korkeapainekaan ei takaa selkeää taivasta, vaan yleensä on pilvistä. Onneksi komeetan näkymis-ikkuna on sen verran pitkä, että luulisi kuitenkin jonakin iltana tai yönä olevan sen verran kirkasta, että komeetan näkeminen olisi mahdollista.

---

[1] au = astronominen yksikkö, jonka pituus on sunnilleen maapallon keskietäisyys Auringosta, noin 149 600 000 km.

[2] koma on komeetalle kehittyvä komeetan aineosista haihtumalla syntynyt ilmakehä. Haihtuminen nopeutuu komeetan lähestyessä Aurinkoa, jolloin koma venyy pyrstöksi. Pyrstön suunnan määrittää lähinnä aurinkotuulen ja valon synnyttävä dynaaminen paine, jolloin se pyrstö suuntautuu suunnilleen Auringosta poispäin.

[3] periheli on minkä tahansa Aurinkoa kiertävän kappaleen radan Aurinkoa lähinnä oleva piste. Vastaavasti apheli on radan kaukaisin piste.

[4] Tunnetuin ja samalla ensimmäinen auringonhipojien komeetta perhe on Kreutz’in perhe. Se on saanut nimensä saksalaisen tutkijan Heinrich Kreutz’in mukaan, joka pystyi osoittamaan komeettaperheen syntytavan. Tutkimus julkaistiin vuonna 1888. Perheeseen kuuluvat mm. vuoden 1843 ”Suuri komeetta” ja yksi kirkkaimmista komeetoista Ikeya–Sekin vuonna 1965. Myös komeetta C/2011 W3 (Lovejoy) kuuluu perheeseen.

Kreutzin komeettaperheen lisäksi tunnetaan kolme muuta perhettä, jotka ovat saaneet nimensä löytöön tehneiden tutkijoiden mukaan. Perheet ovat: Kracht’in, Marsden’in ja Meyer’in perheet.

Komeetta C/2012 /ISON) ei kuulu mihinkään näistä perheistä, mutta se voisi olla vuoden 1680 ”Suuren komeetan” perheen toinen tunnettu jäsen. Ainakin niiden radat muistuttavat toisiaan.