Kirjauutuus: Matka mustaan aukkoon

Tommi Tenkanen

Matka mustaan aukkoon — Alkuräjähdyksestä kaiken teoriaan

Ursan julkaisuja 175
Ursa ry 2021
ISBN 978-952-7443-00-2
Nidottu 286 sivua. 

Mustista aukoista on kirjoitettu muutaman viime vuosikymmenen aikana valtavasti ja osa tästä kirjallisuudesta on julkaistu Suomeksikin. Niinpä Tommi Tenkasen Matka Mustaan aukkoon on suurelta osin jo aikaisemmin julkaistujen asioiden kertausta. Toki nuoremmalle sukupolvelle kirjassa on paljon uutta ja eipä se vähän vanhemmallekaan lukijalle asioiden kertaaminen pahaa tee. On kirjassa paljon uuttakin, sillä se kertoo historian lisäksi aivan viimevuosien tutkimuksista ja niiden tuloksista.

Yksi näistä uusista tutkimuksista on mustan aukon kuvaaminen. Haastateltavana on ollut Tuomas Savolaisen (Aalto-yliopisto), joka kertoo M87 galaksin ytimessä sijaitsevan supermassiivisen mustan aukon kuvaamisesta maapallonlaajuisella EHT-radioteleskoopilla. Sattumalta Tuomas Savolainen piti esitelmän Tampereen Ursan jäsenillassa samasta aiheesta samalla viikolla, kun posti toi Tenkasen kirjan luettavakseni. Tuomaksen esitelmä on edelleen katsottavissa YouTubessa Tampereen Ursa -kanavalla.

Tuomas Savolaisen haastattelu ei ole ainoa laatuaan, sillä Tenkanen haastattelee muitakin tutkimuksen eturintamassa olevia kollegoitaan: Anne Lähteenmäkeä Metsähovin observatoriosta ja tutkijakumppaneitaan ja tapaamiaan esitelmöitsijöitä Yhdysvalloissa ja Isossa-Britanniassa. Tenkanen antaa puheenvuoron näille tutkijoille, joten se tuo kirjaan vaihtelua ja auttaa lukijaa ymmärtämään kuinka laajalla rintamalla mustia aukkoja nykyisin tutkitaan. Itse pidän tästä lähestymistavasta ainakin tässä kirjassa.

Merkittävin tutkija on tietysti Albert Einstein ja hänen kollegansa 1900-luvun alkupuolella. Tenkanen tuo esiin myös Einsteinin aikalaisen, suomalaisen Gunnar Nordströmin, joka pähkäili samoja gravitaatioasioita kuin kuuluisampi tutkijakumppaninsa ja joka oli myös Einsteinin kanssa kirjeenvaihdossa. Suhteellisuusteoria onkin perustavaa laatua oleva työväline mustien aukkojen tutkimuksessa ja yrityksissä ymmärtää mitä ne todellisuudessa ovat.

Yksi merkittävimmistä ja toistaiseksi suurelle yleisölle tuntemattomimpia teoreettisia tutkijoita on Juan Maldacena (Institute of Advance Study, Princeton). Hän on saanut merkittävää mainetta tutkijapiireissä AdS-CFT-dualiteetin eli holografisen periaatteen kehittäjänä. Tenkanen haastattelee häntä kirjansa loppupuolella. Tämä luku oli ainakin minulle kaikkein mielenkiitoisin, joskaan ei kaikkein helpoin. Tarkemmin ajatellen, jos tämä luku olisi jäänyt kirjasta pois, niin se olisi tehnyt kirjasta jotenkin vajaan. Muodostuuko holografinen periaate tutkimuksen valtavirraksi vai jääkö se tieteen historiaan kummalliseksi, umpikujaan johtaneeseen poluksi, jäänee nähtäväksi.

Pieni varoitus lukijoille on paikallaan. Tenkanen on työskennellyt pitkään Yhdysvalloissa ja Iso-Britanniassa ja sen vuoksi hän käyttää sanaa triljoona sikäläisittäin (10¹²). Meillä sana tarkoittaa 10¹⁸ joten ero on miljoonakertainen. Onneksi näitä sekaantumiskohtia kirjassa on vain pari eikä ne vie maalta merelle.

Tenkasen teksti on helppolukuista, se etenee sujuvasti ilman omituisia harhapolkuja. Niinpä voikin suositella kirjan lukemista kaikille sen aihepiiristä kiinnostuneille.   

Kari A. Kuure.

 

 

ESO:n teleskooppi on havainnut kaikkein läheisimmän supermassiivisten mustien aukkojen parin

eso2117fi — Tutkimustiedote 30. marraskuuta 2021 — Pasi Nurmi

Supermassiivisten mustien aukkojen pari sijaitsee NGC 7727 galaksissa Vesimiehen tähdistössä noin 89 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta. Vaikka tämä saattaa tuntua kaukaiselta, niin aikaisempi 470 miljoonan valovuoden ennätys rikotaan melkoisella erolla. Tämä tekee uudesta löydetystä supermassiivisten mustien aukkojen parista meitä lähimmän. 

Tähtitieteilijät ovat Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope, eli ESO:n VLT-kaukoputken avulla löytäneet Maata lähinnä olevan supermassiivisten mustien aukkojen parin. Myös mustien aukkojen keskinäinen etäisyys on pienempi kuin millään muilla aiemmin havaituilla supermassiivisten mustien aukkojen pareilla. Ne sulautuvat lopulta yhdeksi jättimäiseksi mustaksi aukoksi. Kuva ESO/Voggel et al.; ESO/VST ATLAS team.

  

Supermassiiviset mustat aukot piileksivät massiivisten galaksien keskellä ja kun kaksi tällaista galaksia yhdistyy, mustat aukot ajautuvat törmäyskurssille toistensa kanssa. NGC 7727:n supermassiivisten mustien aukkojen pari on lähimpänä toisiaan, mitä on koskaan löydetty. Ne ovat toisistaan vain 1600 valovuoden etäisyydellä. ”Tämä on ensimmäinen kerta, kun olemme löytäneet kaksi supermassiivista mustaa aukkoa näin lähellä toisiaan. Etäisyys on alle puolet edellisestä ennätyksestä”, Karina Voggel, tähtitieteilijä Strasbourgin observatoriossa Ranskassa ja tänään Astronomy & Astrophysics julkaisussa verkossa julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja, sanoi.

”Kahden mustan aukon pieni keskinäinen etäisyys ja nopeus tarkoittavat sitä, että ne tulevat sulautumaan yhdeksi hirviömäiseksi mustaksi aukoksi todennäköisesti seuraavan 250 miljoonan vuoden aikana”, Australian Queenslandin yliopiston professori Holger Baumgardt lisäsi. Tällaisten mustien aukkojen yhdistyminen voisi selittää, kuinka maailmankaikkeuden massiivisimmat mustat aukot syntyvät.

Voggel ja hänen tutkimusryhmänsä pystyivät määrittämään näiden kahden kohteen massat tarkastelemalla, kuinka mustien aukkojen vetovoima vaikuttaa niitä ympäröivien tähtien liikkeisiin. Aivan NGC 7727:n ytimessä sijaitsevan isomman mustan aukon massalle saatiin arvio lähes 154 miljoonaa kertaa auringonmassaa, kun taas sen seuralaisen massa on 6,3 miljoonaa auringonmassaa.

Tämä on ensimmäinen kerta, kun supermassiivisten mustien aukkojen parin massaa mitataan tällä tavalla. Tämä oli kuitenkin mahdollista, koska kohde on lähellä ja siitä voitiin tehdä yksityiskohtaisia havaintoja. Tutkimusryhmä teki havaintoja Paranalin observatoriossa Chilessä ESO:n VLT:n Multi-Unit Spectroscopic Explorer, eli MUSE-instrumentin avulla. Voggel oppi työskentelemään instrumentin kanssa jo ollessaan ESO:n opiskelijana. MUSEn avulla mitattujen massojen ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskoopin kanssa saatujen lisätietojen avulla ryhmä pystyi vahvistamaan, että NGC 7727:n kohteet todellakin olivat supermassiivisia mustia aukkoja.

Tähtitieteilijät olivat jo epäilleet, että galaksissa on kaksi mustaa aukkoa, mutta he eivät olleet pystyneet vahvistamaan niiden läsnäoloa. Kohteiden lähiympäristöstä ei havaittu tulevat suuria määriä korkean energian säteilyä, mikä paljastaisi niiden olemassaolon. ”Havaintomme tarkoittaa sitä, että näitä galaksien sulautumisten jäänteitä saattaa olla paljon enemmän, ja niissä voi olla monia piileskeleviä massiivisia mustia aukkoja, jotka vain odottavat löytämistään”, Voggel sanoi. ”Tämä voisi lisätä paikallisessa universumissa tunnettujen supermassiivisten mustien aukkojen kokonaismäärää 30 prosentilla.”

Vastaavien supermassiivisten musta aukko parien etsimisen odotetaan edistyvän merkittävästi ESO:n Extremely Large Telescope, eli ELT-kaukoputken ansiosta. ELT aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä Chilen Atacaman autiomaassa. ”Tämän supermassiivisen musta aukko parin havaitseminen on vasta alkua”, yksi artikkelin kirjoittajista, ja Chilen ESO:n tähtitieteilijä, sekä ESO Paranalin tiedeoperaatioiden johtaja Steffen Mieske sanoi. ”ELT:n HARMONI-instrumentin avulla voimme tehdä tällaisia havaintoja huomattavasti kaukaisemmista kohteista. ESO:n ELT tulee olemaan tärkeässä roolissa näiden kohteiden ymmärtämisessä.”

 

 

 

Galaksimme ulkopuolella sijaitsevasta tähtijoukosta on löydetty piileksivä musta-aukko

eso2116fi — Tutkimustiedote käännös FT Pasi Nurmi (Turun Yliopisto, Tiedekeskus)

Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (ESO:n VLT) kaukoputken avulla tähtitieteilijät ovat löytäneet pienen mustan aukon Linnunradan ulkopuolelta tarkkailemalla, miten musta aukko vaikuttaa läheisen tähden liikkeeseen. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tätä havaintomenetelmää käytetään galaksimme ulkopuolisen mustan aukon olemassaolon paljastamiseen. Tämä menetelmä voisi olla merkittävässä asemassa Linnunradassa ja läheisissä galakseissa olevien kätkettyjen mustien aukkojen paljastamisessa. Siten näiden salaperäisten kohteiden muodostumisesta ja kehittymisestä saataisiin lisää tietoa.

Havainnekuva tähtijoukossa NGC 1850 olevasta mustasta aukosta. Kuva ESO/M. Kornmesser.

 

Juuri löydetty musta aukko havaittiin piileksivän NGC 1850:ssä, joka on noin 160 000 valovuoden päässä oleva tuhansien tähtien joukko Suuressa Magellanin pilvessä, joka on Linnunradan naapurigalaksi.

”Aivan kuin Sherlock Holmes jäljittäessään rikollisjengiä heidän jälkiensä perusteella, myös me tarkastelemme suurennuslasilla jokaista tähtijoukon tähteä yrittäen löytää todisteita mustien aukkojen läsnäolosta kuitenkaan näkemättä niitä suoraan”, Sara Saracino Astrofysiikan tutkimusinstituutista Liverpool John Moores yliopistosta Isossa-Britanniassa sanoi. Hän johti tutkimusta, joka on nyt hyväksytty julkaistavaksi 'Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'-lehdessä. ”Tässä esitelty löytö edustaa vain yhtä etsintäkuulutettua rikollista, mutta kun olet löytänyt yhden, olet matkalla kohti monia muita eri tähtijoukoissa piileksiviä kohteita.”

Tämä ensimmäinen tutkimusryhmän jäljittämä ”rikollinen” osoittautui noin 11 kertaa niin massiiviseksi kuin Aurinkomme. Tähtitieteilijät pääsivät mustan aukon jäljille tutkiessaan sen painovoiman vaikutusta sitä kiertäneeseen viiden Auringon massaiseen tähteen.

Tähtitieteilijät ovat aiemmin löytäneet näin pieniä (tähdenmassaisia) mustia aukkoja muista galakseissa havaitsemalla mustien aukkojen lähettämää heikkoa röntgenhehkua niiden kaapatessa materiaa, tai havaitsemalla gravitaatioaaltoja, jotka ovat peräisin mustien aukkojen tai neutronitähtien sulautumisista toisiinsa.

Useimmat tähtien massaiset mustat aukot eivät kuitenkaan paljasta olemassaoloaan röntgensäteilyllä tai gravitaatioaaltoina. ”Valtaosa voidaan paljastaa vain dynaamisesti”, sanoi Stefan Dreizler, tutkimusryhmän jäsen, joka toimii Göttingenin yliopistossa Saksassa. ”Kun mustat aukot muodostavat yhteisen järjestelmän tähden kanssa, ne vaikuttavat sen liikkeeseen hienovaraisella mutta havaittavalla tavalla, jonka voimme tarkoilla instrumenteilla havaita.”

Tämä Saracinon ja hänen tutkimusryhmänsä käyttämä dynaaminen menetelmä voisi antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden löytää lisää mustia aukkoja, mikä auttaisi niihin liittyvien mysteerien selvittämisessä. ”Jokainen havainto, jonka teemme on tärkeä tekijä, joilla ymmärryksemme tähtijoukoista ja niiden mustista aukoista kasvaa”, kertoi yksi tutkimuksen kirjoittajista, Mark Gieles Barcelonan yliopistosta Espanjasta.

Suuri Magellanin pilvi. Kuva ESO/VMC Survey.

 

NGC 1850:n löytö merkitsee sitä, että musta aukko on löydetty ensimmäistä kertaa nuoresta tähtijoukosta (joukko on vain noin 100 miljoonaa vuotta vanha, joka on vain silmänräpäys tähtitieteellisessä mittakaavassa). Dynaaminen menetelmä voisi paljastaa vielä enemmän nuoria mustia aukkoja samanlaisissa tähtijoukoissa, mikä antaisi uutta tietoa siitä, miten ne kehittyvät. Vertaamalla niitä vanhemmissa joukoissa oleviin suurempiin ja kehittyneempiin mustiin aukkoihin, tähtitieteilijät pystyisivät ymmärtämään, miten nämä kohteet kasvavat kaappaamalla tähtiä tai sulautumalla muihin mustiin aukkoihin. Lisäksi mustien aukkojen kartoitus tähtijoukoissa lisää ymmärrystämme gravitaatioaaltolähteiden alkuperästä.

Tutkimuksessa käytettiin kahden vuoden aikana Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) instrumentin avulla kerättyjä tietoja. MUSE on asennettu Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevaan ESO:n VLT:hen. ”MUSE teki hyvin tiheiden alueiden havaitsemisen mahdolliseksi, kuten tähtijoukkojen sisimpien alueiden havaitsemisen, ja pystyimme analysoimaan joka ikisen tähden lähettämää valoa. Kaiken tuloksena meillä on tietoa tuhansista tähdistä yhdellä otoksella, mikä on vähintään 10 kertaa enemmän kuin millään muulla instrumentilla", yksi julkaisun kirjoittajista Sebastian Kamann, Liverpoolin astrofysiikan tutkimuslaitoksesta ja pitkäaikainen Muse-asiantuntija, sanoi. Näin tutkimusryhmä pystyi löytämään oudon tähden, jonka erikoinen liike viittasi mustan aukon läsnäolon. Varsovan yliopiston 'Optical Gravitational Lensing Experiment'-dataa hyödyntämällä ja NASA/ESA Hubble -avaruusteleskoopin tietojen avulla he pystyivät mittaamaan mustan aukon massan ja varmistamaan havaintonsa.

ESO:n Erittäin suuri teleskooppi Chilessä, jonka on tarkoitus aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä, antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden löytää entistä enemmän näitä piileksiviä mustia aukkoja. ”ELT tulee ehdottomasti mullistamaan tämän tutkimusalan”, Saracino sanoi. ”Sen avulla voimme tarkkailla huomattavasti himmeämpiä tähtiä samalla näkökentällä, sekä etsiä mustia aukkoja pallomaisista tähtijoukoista, jotka sijaitsevat paljon suuremmilla etäisyyksillä.”

Huomautukset

Tutkimusartikkeli on luettavissa osoitteessa https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2116/eso2116a.pdf

 

Kirjauutuus: Tiedonjano

Esko Valtaoja

Tiedonjano — Vuosi seikkailuja tieteen viidakossa

Ursa ry 2021

ISBN 978-952-7443-02-6

Nid. 286 sivua



Ihmiskunnan alkuhämäristä asti meitä on riivannut tiedonjano. Toisilla se ilmenee naapurin pihan tapahtumien kyttäämisenä ja toisilla, kuten Esko Valtaojalla, kaiken maailman tiedon: kirjojen, sanoma-, aikakausi- ja tiedelehtien lukemisena ja tutkimuksiin tutustumisina. Tunnistan itsessäni nämä tiedonjanon oireet mutta en ehkä aivan niin ultimaatumisena kuin Eskolla. Nyt Valtaojan Esko on kirjoittanut kirjan tästä omakohtaisesta oireyhtymästään.

Kirja on syntynyt vuoden aikana kuukausittain kirjoitettuina lukuina. Kirjoitustyön käynnistäjänä on ollut joku tiedeartikkeli Nature-julkaisusta, jonka posti tuo viikoittain Eskon postiosoitteeseen. Hän kuvailee lukemaansa artikkelia jonkin verran, mutta kirjan sisältönä ei kuitenkaan ole näiden tutkimusraporttien referointi. Referointien sijaan hän kirjoittaa siitä mihin tai minkälaisiin ajatuksiin tai muihin kirjallisiin lähteisiin hän on syventynyt Naturen artikkelin innoittamana.

Ajatuslennon lisäksi Valtaoja pohtii tieteen sisältöä ja toimintamalleja. Haluan tuoda tämän asian kirjan sisällöstä esille (vaikka se ei olekaan kirjassa kuin ohimennen käsitelty teema), sillä meillä maalikoilla suurimmalla osalla on aivan väärä käsitys tieteen olemuksesta, sen toimintatavoista ja myös siitä, mitä tutkimusraporteille tapahtuu sen jälkeen, kun ne on julkaistu jossakin vertaisarvioidussa tiedejulkaisussa. Lainaan Eskon tekstiä:

”Naturen kaltaisen arvostetun tiedelehden lukijat voivat olla varmoja, että artikkeli on parasta mahdollista tiedettä eikä jonkun Havukka-ahon ajattelijan pohdintaa. Aina ei kuitenkaan voi onnistua: Naturen sivut listaavat seitsemäntoista viimeisen viiden vuoden aikana julkaistua artikkelia, jotka syystä tai toisesta on vedetty takaisin. Hyvin harvoin syynä on tietoinen huijausyritys; viimeisin takaisinveto koskee kesäkuista artikkelia, jonka kirjoittajat ovat nyt löytäneet kohtalokkaan virheen käyttämästään tietokoneohjelmasta.” Ja edelleen ”Paras mahdollinen ei myöskään tarkoita sitä, että julkaistu artikkeli olisi totta. Vain häviävän pieni määrä tieteen tuloksista säilyy muuttumattomina tutkijasukupolvesta toiseen.”

Nämä lainatut virkkeet osoittavat sen, että tiede on hyvin dynaaminen, kaiken aikaa muuttuva ja lopullista totuutta, vaikka pyrkimys siihen on voimakas, ei saavuteta ehkä koskaan. Tässä suhteessa tiede muistuttaa jossain määrin Eskon ajatuksenvirtaa, joka paikka paikoin kirjassa on niin lennokasta, että sitä on suorastaan vaikea seurata. Asiaa ei helpota yhtään suhteellisen pitkät luvut, joiden lukeminen loppuun itseltäni ei yleensä onnistu ennen kuin sininen iltahämärä valtaa aivoni ja saan unihiekkaa silmiini. Eikä tämä vaipumiseni unimaailmaan johdu siitä, että teksti olisi tylsää luettavaa, päinvastoin teksti varsinkin kirjan loppua kohti tulee aina vain mielenkiintoisemmaksi.

Edellä esitellyn perusteella lukija jo arvaankin, että kirjassa on alkusanojen lisäksi kaikkiaan 12 aihepiiriin sijoittuvaa lukua, lyhyt epilogi ja tietysti viiteluettelo, vinkkejä kirjallisuuteen ja hakemisto. Esko Valtaojan teksti on helppolukuista, silloin kun hän ei ole tehnyt sitä tarkoituksellisesti vaikeaksi (sellaisiakin kohtia kirjassa on), ja hyvinkin tiivistä asiaa paikka paikoin. Näillä keinoilla Esko pitää lukijansa mielenkiinnon yllä ja ennekuin huomaatkaan, törmäät takakanteen. Kirjaa voin suositella kaikille pohdiskelevista teksteistä pitäville ja Valtaojan kirjojen ystäville sukupuolesta ja maailmankatsomuksesta riippumatta.

Kari A. Kuure

Orion-1 liitettiin kantorakettiinsa

NASAn tulevan kuuraketin ensimmäinen testikapseli Orion-1 liitettiin Space Launch Systemsin (SLS) kantorakettiin Nasa Kennedyn avaruuslentokeskuksessa. Raketin kokoaminen tapahtuu samassa Vehicle Assembly Building (VAB) rakennuksessa, jossa aikoinaan Saturn V kuuraketit koottiin. 

NASAn Kennedyn avaruuskeskusksessa kootaan Artemis-1 -lennolla käytettävää rakettia. Rakentin huipulle liitetään Orion-1 miehistöalus, jonka ensilento on miehittämätön Kuun ympäri tapahtuva lento. Kuva NASA/KSC.

Orion-1 miehistökapselin on määrä tehdä miehittämätönlento Kuun ympäri. Artemis-1 lennon lähtö tapahtunee ensivuoden helmikuun aikana. Lennon tarkoituksena on tietysti varmistaa, että laitteistot toimivat ja miehitetty lento Orion-2 myös Kuun ympäri on mahdollinen. Orion-2 lento on tarkoitus toteuttaa vuoden 2023 loppupuolella.

Orion-3 vuoden 2024 aikana olisikin sitten jo lento, jolla astronauttien pitäisi laskeutua Kuuhun.

Asian tiimoilta on esitetty monia epäilyjä. Testilentoja on todella vähän, vaikka ne sujuisivatkin ongelmitta. Näin ei kuitenkaan tule tapahtumaan, sillä harvoin, jos koskaan, aivan uusi raketti tai miehistökapseli on niin valmiiksi rakennettu, että se olisi sellaisenaan valmis käyttöön. Tästä on eritäin hyvä esimerkki Boeing-yhtiön rakentama Starliner-miehistömoduuli, jolla ei vielä ole tehty ensimmäistä miehitettyä lentoa. Alkuperäisen aikataulun mukaan tämä olisi pitänyt tapahtua jo vuonna 2015. Starlinerin toinen miehittämätön testilento pitäisi näillä näkymin tapahtua vuoden 2022 ensimmäisellä puoliskolla.

Orion-3 miehistöaluksen aikataulu on todella tiukka ja näyttääkin siltä, että laukaisukiima alkaa olla jo korkealla NASAn henkilöstössä. Edellisen kerran vastaava laukaisukiima johti Chalenger-sukkulan räjähtämiseen laukaisun aikana vuonna 1986.

NASAn Artemis-ohjelmalla, joka siis toteutetaan käyttäen mm. Orion-miehistökapseleita, on myös eurooppalainen ulottuvuus. Euroopan avaruusjärjestö ESA toimittaa Orion-miehistökapseleihin liitettävät huoltomoduulit, jotka rakentaa Airbus. Toki tällainen projekti on kansainvälinen ja laitetoimittajia on Yhdysvaltain lisäksi ainakin kymmenestä Euroopan maasta.