Jättikokoinen musta aukko löytyi Linnunradasta

Kiinalaisten tutkijoiden^[1] johtama tutkimusryhmä on onnistunut löytämään musta aukon, jolla on massaa yllättävän paljon. Musta aukko sai nimekseen LB-1. Musta aukon löytyminen ei sinällään ole mikään harvinaisuus, sillä tähden kokoisia tunnetaan Linnunradasta parisen kymmentä. Kaikkiaan Linnunradan mustien aukkojen määräksi arvioidaan noin 100 miljoonaa.

Kahden musta aukon välinen törmäys. Havainnekuva.

Musta aukko sijaitsee Linnunradassa Kaksosten tähdistössä noin 13 800 valovuoden etäisyydellä. Massaa mustalla aukolla on noin 68 M_☉ (Auringon massaa) ja se on osa binäärijärjestelmää. Mustaa aukkoa kiertää noin 8 M_☉ tähti, jonka kiertoaika on noin 78,9 vuorokautta. Musta aukon massa on yllättävän suuri, sillä tutkijat ovat pitäneen tähden ytimen luhistumisessa mustaksi aukoksi ylärajana noin 20 M_☉.

Tähden massaisten mustien aukkojen etsiminen ja löytäminen on vaikeaa ja vaatii aikaa. Jos ja kun musta aukko ei säteile merkittävästi mitään sähkömagneettista säteilyä, niin musta aukon löytäminen on lähes mahdoton tehtävä. Ainoaksi mahdollisuudeksi jää tapaukset, joissa musta aukko on binäärijärjestelmän osa. Silloin näkyvän tähden liikkeestä voidaan päätellä musta aukon olemassaolo. Näin tässäkin tapauksessa!

Ensimmäisten havaintojen jälkeen lisähavaintoja tehtiin Kanarian saarilla (La Palma) sijaitsevasta Grand Telescopio Canarias -observatoriosta ja Keck 1 -teleskoopilla (Yhdysvallat), jolloin saatiin määriteltyä musta aukon massa suhteellisen tarkasti.

Kuinka tällainen järjestelmä on voinut syntyä? Yksikään Linnunradan tähti ei ole niin massiivinen, että yksinään synnyttäisi näin massiivisen mustan aukon. Tutkijat ovatkin kehittäneen ajatuksen, että kyse on kahden pienemmän musta aukon törmäyksessä syntynyt musta aukko. Tätä ajatusta tukee LOGO observatorioiden tekemä ensimmäinen havainto GW150914, jossa törmäyksen tuloksena syntyi 62 M_☉ massainen musta aukko. GW150914 ei sijaitse Linnunradassa vaan noin 1,4 miljardin valovuoden etäisyydellä eteläisellä tähtitaivaalla (jossakin 90 % todennäköisyydellä 610 neliöasteen alueella) lähellä Magellanin pilvien suuntaa.

Ongelman ajatukselle kuitenkin tuottaa kiertolaisena oleva tähti. Sen rata näyttää olevan hyvin pyöreä musta aukon kiertoradalla. Jos tähti olisi kaapattu musta aukon syntymisen jälkeen, sen rata olisi hyvin soikea. Vaikka soikea rata voi aikaa myöten muuttua pyöreämmäksi, tässä tapauksessa aikaa tarvittaisiin paljon enemmän, kuin mitä tähdellä on aikaa pääsarjassa. Tähti olisi ehtinyt räjähtää supernovana ennen kuin rata olisi pyöreä.

Ainoa toistaiseksi vähemmän ongelmia tuottava selitys on, että massiivinen musta aukko on syntynyt kahden pienemmän musta aukon törmäyksessä. Pienemmät mustat aukot muodostuessaan (supernovin räjähdyksissä) eivät ole vaikuttaneet kolmanteen tähteen, vaan se on jatkanut radallaan lähes koskemattomana.


Huomautukset

[1] Nature 27.11.2019 Jifeng Liu & al.: A wide star–black-hole binary system from radial-velocity measurements. (Maksumuurin takana).

Komeetta 2I/Borisov havaittiin lähes vuotta ennen löytöään

Tähtivälisestä avaruudesta Aurinkokuntaamme saapunut komeetta 2I/Borisov oli valokuvattu yli 200 kertaa ennen varsinaista löytämistään. Tällaiseen tulokseen ovat tulleet Marylandin yliopiston tutkijat Quanzhi Yen’in johtama tutkimusryhmä.

Ennen löytöä otetuja valokuvia komeetta 2/ Borisovista. Kuva arxiv.org

Tutkimuksessa^[1] ryhmä kokosi Catalina Sky, Pan-STARRS ja Zwicky Transient Facility -laitteistojen kokoamia valokuvia niiltä alueilta, joilla komeetta olisi ollut ennen elokuussa 2019 tehtyä löytämistään. Valokuvia löytyi kaikkiaan 202, joissa komeetta on näkyvissä. Komeetan suurin etäisyys oli varhaisimmassa kuvassa jouluun 13. päivältä 2018 kahdeksan astronomisen yksikön etäisyydellä. Sitä varhaisemmista kuvista komeettaa ei löytynyt.

Valokuvien perusteella tutkijat pystyivät laskemaan mm. komeettaytimen koon. Ytimen säde on enintään 7 km se vapauttaa kaasuja avaruuteen 0,5 –10 km² alueelta. Lisäksi sen koma näyttää syntynee 5 – 7 au etäisyydellä. Aurinkokunnassa olevien komeettojen koma alkaa kehittyä hieman lähempänä Aurinkoa, vain 3 – 5 au etäisyydellä. Ero kertoo siitä, että 2I/Borisov sisältää aurinkokunnan komeettoja enemmän haihtuvia kaasuja kuten hiilidioksidia ja hiilimonoksidia. Ero ei kuitenkaan ole suuren suuri, joten sitä voidaan pitää samankaltaisena kuin Oortin pilvestä ensikertaa Aurinkokunnan sisäosiin tulevat komeetat ovat.

Komeetta 2I/Borisov saavuttaa perihelin (n. 2 au etäisyydellä Auringosta) joulukuun 8. päivänä tänä vuonna. Siihen asti se lähestyy ja Auringon lämpösäteily lisääntyy sillä seurauksella, että komeetasta sublimoituu entistä enemmän niin vesihöyryä kuin muitakin helposti haihtuvia kaasuja. Tästä puolestaan seuraa, että komeetan kirkkaus kasvaa jonkin verran. Rakenteellisesti komeetta pidetään hieman heikompana kuin Aurinkokuntamme komeettoja, joten voi olla, että 2I tarjoaa vielä mielenkiintoista nähtävää.

Huomautukset

[1] Tutkimus on julkaistu https://arxiv.org/abs/1911.05902 (https://arxiv.org/pdf/1911.05902.pdf)

Pitkät avaruuslennot ovat riski astronauteille

Yhdysvalloissa julkaistun tutkimuksen^[1] mukaan, pitkäaikainen oleskelu painottomuudessa voi olla merkittävä riski astronauttien terveydelle. Jo aikaisemmin tunnettuja terveysvaikutuksia ovat tietysti luuntiheyden aleneminen kymmeniä prosentteja, nesteiden kertyminen päänalueelle ja suoliston bakteerikannassa tapahtuvat muutokset. Nyt tehdyn tutkimuksen mukaan terveyttä uhkaa myös muutokset verenkiertojärjestelmässä ja mahdolliset tukokset.

Miehitetyt lennot Marsiin voidaan unohtaa, jos avaruuden ja painottomuuden aiheuttamia terveysongelmia ei saada
estettyä. Kuva Wikipedia Commons.

Merkittävimmät ja vaarallisimmat muutokset todettiin kaulassa kulkevassa valtimossa, josta aivot saavat verensä. Astronauteilla yhdelletoista kehittyi pysähtynyt tai jopa taaksepäin tapahtuva virtaus valtimossa Kansainvälisellä avaruusasemalla vietetyn viidenkymmenen vuorokauden kuluessa. Lisäksi yhdelle heistä kehittyi tromboosi, eli tukkeuma kaulalaskimoon. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun tukkeuma todettiin.

Tulokset ovat merkittäviä, kun ajatellaan pitkiä avaruuslentoja, esimerkkinä lentoja Marsiin. Lento Marsiin kestää yhteen suuntaan vähintään kuusi kuukautta, joten sinä aikana muiden terveyttä uhkaavien tekijöiden lisäksi (esim. säteily) verenkiertojärjestelmän romahtaminen on mahdollinen ja jopa todennäköinen ainakin osalle miehistöstä. Jos sopivaa ennalta ehkäisevää menetelmää ei löydetä, miehitetyt lennot Marsiin voidaan käytännössä unohtaa ja hoitaa Marsin tutkimus vain robotein.

Huomautukset

[1] Karina Marshall-Goebel, PhD; Steven S. Laurie, PhD; Irina V. Alferova, MD, PhD; et al: Assessment of Jugular Venous Blood Flow Stasis and Thrombosis During Spaceflight. 13.11.2019 JAMA Netw Open https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen/fullarticle/2755307

Fysiikan Nobel-palkinnot tähtitieteilijöille

Vuoden 2019 Nobel-säätiön myöntämät Nobel-palkinnot luovutetaan kolmelle tähtitieteilijälle. Palkinnon saajat ovat yhdysvaltalainen James Peeples (1/2) sekä sveitsiläiset Michel Mayor (1/4) ja Didier Queloz (1/4).

Vuoden 2019 Nobel-palkinnon saajat. Kuva Nobel-säätiö.

Nobel-säätiö perustelee valintojaan seuraavasti:

”James Peeblesin näkemykset fyysisestä kosmologiasta ovat rikastuttaneet koko tutkimusaluetta ja luoneet perustan kosmologian muutokselle viimeisen viidenkymmenen vuoden aikana spekuloinnista tieteeseen. Hänen 1960-luvun puolivälistä lähtien kehittämänsä teoreettinen kehys on perusta nykyaikaisille ajatuksillemme maailmankaikkeudesta.

Big Bang -malli kuvaa maailmankaikkeutta alkaen sen ensimmäisistä hetkistä, melkein 14 miljardia vuotta sitten, jolloin se oli erittäin kuuma ja tiheä. Siitä lähtien maailmankaikkeus on laajentunut, muuttunut suuremmaksi ja kylmemmäksi. Vain 400 000 vuotta [380 000 v.] alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeudesta tuli läpinäkyvä ja valonsäteet pystyivät kulkemaan avaruuden läpi. Vielä tänäkin päivänä tämä muinainen säteily on ympärillämme ja siihen on koodattuna monet maailmankaikkeuden salaisuudet. James Peebles pystyi teoreettisten työkalujen ja laskelmien avulla tulkitsemaan nämä jäljet ​​maailmankaikkeuden alusta asti ja löytämään uusia fyysisiä prosesseja.

Tulokset osoittivat meille, että maailmankaikkeudesta, jonka tunnemme, on vain viisi prosenttia tähtiä, planeettoja, puita - ja meitä. Loppuosa, 95 prosenttia, on tuntematonta pimeää ainetta ja pimeää energiaa. Tämä on mysteeri ja haaste nykyaikaiselle fysiikalle.

Lokakuussa 1995 Michel Mayor ja Didier Queloz ilmoittivat ensimmäisestä löydöstään aurinkokunnan ulkopuolella sijaitsevasta planeetasta, eksoplaneetasta, joka kiertää aurinkotyyppistä tähteä kotigalaksissamme, Linnunradassa. Etelä-Ranskassa sijaitsevassa Haute-Provencen observatoriossa he pystyivät havaitsemaan räätälöityjä instrumentteja käyttämällä planeetta 51 Pegasi b, kaasumainen pallo, joka on verrattavissa Aurinkokunnan suurimpaan kaasujätteeseen Jupiteriin.

Tämä löytö aloitti tähtitieteen vallankumouksen, ja Linnunradalta on sittemmin löytynyt yli 4 000 eksoplaneettaa. Kummallisia uusia maailmoja, joita edelleen löydetään ja joita on uskomattoman määrä eri kokoisia, muotoisia ja erilaisilla kiertoradoilla. He haastoivat ennakkokäsityksemme planeettajärjestelmistä ja pakottavat tutkijoita tarkistamaan teoriansa niistä fyysisistä prosesseista, jotka johtavat planeettojen syntymiseen. Lukuisten hankkeiden avulla, jotka on suunniteltu etsimään eksoplaneettoja, voimme lopulta löytää vastauksen ikuiseen kysymykseen siitä, onko maailmankaikkeudessa muuta elämää [kuin omamme].

Tämän vuoden palkinnon saajat ovat muuttaneet ajatuksiamme kosmoksesta. Siinä missä James Peeblesin teoreettiset havainnot auttoivat ymmärtämään maailmankaikkeuden kehitystä alkuräjähdyksen jälkeen, Michel Mayor ja Didier Queloz tutkivat kosmisia lähialueitamme metsästääkseen tuntemattomia planeettoja. Heidän löytönsä ovat ikuisesti muuttaneet käsityksiämme maailmasta.” [Käännös englanninkielestä Kari A. Kuure]

Nobel-säätiö julkaisi myös kaksi syventävää artikkelia aiheesta. Nämä ovat
New perspectives on our place in the universe

ja tieteellisen julkaisun tapaan kirjoitettu artikkeli
Physical Cosmology and Exoplanet Orbiting a Solar-type Star

Kirjauutuus: Avaruudesta

Esko Valtaoja

Avaruudesta

Ursan julkaisuja 164

Ursa ry.

Nidottu 158 sivua

ISBN 978-952-5985-71-9

Esko Valtaojan kirjoittajan taidot tunnetaan, eikä hän petä tälläkään kertaa. Kirjanen – Avaruudesta – on mielenkiintoisesti kirjoitettu, ei niin syvällinen tai tieteellinen, vaan kepeää ajatuksen juoksua maan ja taivaan välillä. Kirja koostuu kymmenestä luvusta, joissa Valtaoja pohdiskelee maailmankaikkeuden tilaa, niin mustia aukkoja kuin avaruuden muukalaisia ja hieman tulevaakin, mitä se sitten lieneekin.

Pimeä aine, tyhjä tila, tai pimeä energia ovat myös kirjan lukujen aiheena. Valtoja toteaa, että emme oikeastaan tiedä siitä mitään tai korkeintaan hyvin vähän. Pimeää ainetta ja pimeää energiaa täytyy olla, muutoin ei havaitsemamme maailma toimi tai edes olisi tällainen kuin me sen voimme havaita. Jos maailmankaikkeus olisi toisenlainen, emme mekään olisi sitä ihmettelemässä. Jokapäiväinen elämänkokemuksemme vahvistaa tämän, maailmankaikkeus on mahdollistanut ihmisen ilmaantumisen maapallolle. Järki sanoo, että jos jokin asia olisi toisin, niin emme ehkä olisi täällä.

Onko maailmankaikkeutemme, siis se minkä voimme havaita, kaikki vai onko sen ulkopuolella jotakin. Tämäkin kysymys on alaan perehtyneelle tuttu kysymys. Luonnollisestikaan Valtaoja ei tähän anna mitään varmaa vastausta, kunhan vain pohdiskelee. 380 000 vuoden ikäinen maailmankaikkeutemme oli säteeltään 42 miljoonan valovuotta, siis se osa, jonka me voimme havaita tänään. Maailmankaikkeus oli varmaankin paljon suurempi niin sekunnin ikäisenä kuin nytkin. Meillä vain ei ole keinoja havaita sitä, sillä sieltä, hyvin kaukaa lähtenyt valo ei koskaan tavoita meitä.

Kirja Avaruudesta sopii kaiken ikäisille lukijoille. Sen voi turvallisin mielin antaa lapselle luettavaksi mutta kyllä siitä aikuisetkin saavat paljon pohtimisen aiheita. Kirjan luvut ovat lyhyitä, ne voi lukea yhdellä istumalla, tai vaikkapa bussimatkan aikana. Suosittelen.

Kari A. Kuure