Linnunradan ytimessä olevan musta aukon kuva

eso2208-eht-mwfi — Tutkimustiedote

Tänään, samanaikaisissa lehdistötilaisuuksissa ympäri maailmaa, myös Euroopan eteläisen observatorion (ESO) päämajassa Saksassa, on julkistettu mullistava uusi tulos. Tähtitieteilijät paljastivat ensimmäisen kuvan galaksimme ytimessä olevasta mustasta aukosta. Tämä tulos antaa ylivoimaista näyttöä siitä, että kohde todellakin on musta aukko. Tulos antaa arvokkaita vihjeitä näiden jättiläisten toiminnasta, joiden uskotaan löytyvän useimpien galaksien keskeltä. Kuvan on tuottanut Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration -tutkimusryhmä käyttämällä maailmanlaajuisen radioteleskooppiverkoston tekemiä havaintoja.

Event Horizon Telescope (EHT) yhteistyöhankkeen tutkijat ovat koostaneet kuvan (ylhäällä) oman galaksimme keskustan mustasta aukosta, nimeltään Sagittarius A* (tai Sgr A*), yhdistämällä suuren joukon EHT:n havainnoista laadittuja kuvia.

Pääkuva on tehty keskiarvoistamalla tuhansia yksittäisiä kuvia, jotka on laadittu erilaisia laskentamenetelmiä käyttäen, ja jotka kaikki sopivat tarkasti EHT:n mittausdataan. Tämä keskiarvoistettu kuva säilyttää ne piirteet, jotka esiintyvät vaihtelevissa kuvissa usein ja toisaalta vaimentaa niitä piirteitä, jotka esiintyvät harvoin. 

EHT:n laatimat kuvat voidaan myös jakaa neljään ryhmään niiden samankaltaisten piirteiden perusteella. Alarivin neljä keskiarvoistettua kuvaa edustavat näitä ryhmiä. Kolmen ryhmän kuvissa esiintyy rengasmainen rakenne, joskin kirkkaat alueet näissä renkaissa ovat jakautuneet eri tavalla ryhmien välillä. Neljännessä ryhmässä esiintyy kuvia, joissa ei ole rengasmaista rakennetta.

Pylväsdiagrammit alarivin kuvissa esittävät kuhunkin ryhmään kuuluvien kuvien suhteellista osuutta. Jokaisessa kolmesta ensimmäisestä ryhmästä on tuhansia kuvia, kun taas neljäs ja pienin ryhmä sisältää vain joitain satoja kuvia. Pylväiden korkeudet kuvaavat sitä suhteellista painoarvoa, joka kullakin ryhmällä on ylärivin keskiarvoistetussa kuvassa. 

Tämän kuvan takana olevaan EHT-verkostoon kuuluvat muiden tutkimuslaitosten lisäksi Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder Experiment (APEX), jotka sijaitsevat Chilessä Atacaman autiomaassa. ESO on yksi näiden teleskooppien omistajista ja se hallinnoi teleskooppeja Euroopassa jäsenvaltioidensa puolesta.

Kuva: EHT Collaboration.

Kuva on kauan odotettu näkymä galaksimme keskellä olevaan massiiviseen kohteeseen. Tutkijat olivat aiemmin nähneet tähtien kiertävän jotain näkymätöntä, kompaktia ja erittäin massiivista kappaletta Linnunradan keskellä. Tämä viittasi vahvasti siihen suuntaan, että kohde, joka tunnetaan nimellä Sagittarius A* (Sgr A*) on musta aukko. Tämän päivän kuva on siitä ensimmäinen suora, visuaalinen todiste. 

Vaikka itse mustaa aukkoa ei voi nähdä, sitä ympäröivä kertymäkiekko, hehkuvaa kaasua, paljastaa mustan aukon ominaisen tunnusmerkin. Tummaa keskialuetta, jota kutsutaan varjoksi, ympäröi kirkas rengasmainen rakenne. Uuteen kuvaan on tallentunut valoa, jota mustan aukon valtava gravitaatio taivuttaa. Musta aukko on yli neljä miljoonaa kertaa massiivisempi kuin Aurinko.

”Meitä hämmästytti se, kuinka tarkasti renkaan koko vastasi Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan perustuvia ennusteita”, sanoi Geoffrey Bower, EHT-projektitutkija tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista Academia Sinica Taipeista Taiwanista. ”Nämä ennennäkemättömät havainnot ovat edistäneet huomattavasti käsitystämme siitä, mitä aivan galaksimme ytimessä tapahtuu ja miten tällaiset jättimäiset mustat aukot ovat vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa.”  EHT-tiimin tulokset julkaistiin tänään The Astrophysical Journal Letters -lehden erikoisnumerossa. 

Koska musta aukko on noin 27 000 valovuoden etäisyydellä Maasta. Kuvatakseen mustaa aukkoa tiimi yhdisti kahdeksan maailman eri kolkissa sijaitsevaa radioteleskooppia yhdeksi maapallon kokoiseksi virtuaaliteleskoopiksi  [1]. EHT havainnoi 2017 Sagittarius A*:ta useana yönä keräten tietoa monen tunnin ajalta eli samalla periaatteella kuin käytettäessä pitkää valotusta tavallisella kameralla.

Muiden havaintoyksiköiden lisäksi radio-observatorioiden muodostamaan EHT-verkostoon kuuluvat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ja Atacama Pathfinder Experiment (APEX) Atacaman autiomaassa Chilessä. ESO on yksi näiden teleskooppien omistajista ja se hallinnoi teleskooppeja Euroopassa jäsenvaltioidensa puolesta. Eurooppa osallistuu EHT-havaintoihin myös muilla radio-observatorioillaan: IRAM 30-metrin teleskooppi Espanjassa ja vuodesta 2018 lähtien NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) Ranskassa, sekä supertietokone, jolla EHT-data yhdistetään Max Planck Institute for Radio Astronomy -instituutissa Saksassa. Tämän lisäksi Eurooppa on rahoittanut EHT-konsortiohanketta Euroopan tutkimusneuvoston ja Saksan Max Planck Society -yhdistyksen avustuksilla.

”On erittäin jännittävää, että ESO:lla on ollut niin tärkeä rooli mustien aukkojen ja erityisesti Sgr A*:n mysteerien selvittämisessä useiden vuosien ajan”, kommentoi ESO:n pääjohtaja Xavier Barcons. ”ESO ei ainoastaan osallistunut EHT-havaintoihin ALMA- ja APEX-observatorioiden kautta, vaan oli mukana myös muiden Chilessä sijaitsevien observatorioiden kautta joissain aikaisemmissa galaksimme keskustaa koskevissa läpimurtohavainnoissa.” [3]

Ennen tätä läpimurtoa EHT-yhteistyöhanke julkaisi vuonna 2019 ensimmäisen kuvan M87*-nimisestä mustasta aukosta, joka on kauempana olevan Messier 87 -galaksin keskellä.

Nämä kaksi mustaa aukkoa näyttävät huomattavan samanlaisilta, vaikka oman galaksimme musta aukko on yli tuhat kertaa pienempi ja vähemmän massiivinen kuin M87* [2]. ”Kyseessä on kaksi hyvin erilaista galaksia ja kaksi erilaista mustaa aukkoa. Kun katsomme mustien aukkojen reunoja tarpeeksi läheltä, ne näyttävät kuitenkin hämmästyttävän samalta”, sanoi Sera Markoff, EHT:n tiedeneuvoston puheenjohtaja ja teoreettisen astrofysiikan professori Amsterdamin yliopistosta Hollannista. ”Tämä kertoo meille, että mustan aukon lähellä yleinen suhteellisuusteoria määrittää, miltä ne näyttävät. Kaikki erot, joita näemme kauempana, johtuvat eroista aukkoja ympäröivässä aineessa.” 

Sagittarius A*:n kuvaaminen oli huomattavasti haastavampi tehtävä kuin M87*:n kuvaaminen, vaikka Sagittarius A* on paljon lähempänä maapalloa. EHT-tutkija Chi-kwan Chan Yhdysvalloissa sijaitsevasta Arizonan yliopiston Steward-observatoriosta selitti: ”Kaasu liikkuu molempien mustien aukkojen läheisyydessä samalla nopeudella, lähes valonnopeudella. Kun kaasulla kestää päiviä tai viikkoja kiertää suuremman M87*:n ympäri, kaasu ehtii paljon pienemmän Sagittarius A*:n ympäri muutamassa minuutissa. Tämän takia Sagittarius A*:n ympärillä olevan kaasun kirkkaus ja muodostelma muuttui nopeaa tahtia EHT:n havainnoidessa sitä. Kuin yrittäisi ottaa selkeän kuvan koiranpennusta, joka jahtaa häntäänsä täyttä vauhtia.”

Tutkijoiden oli kehitettävä uusia työkaluja, jotka pystyivät ottamaan kaasun liikkeen huomioon. M87* oli helpompi ja vakaampi kohde, josta otetut kuvat näyttivät lähes aina samalta mutta toisin oli Sagittarius A*:n osalta. Nyt julkaistu kuva on keskiarvo tiimin ottamista eri kuvista, joista lopulta paljastui ensimmäistä kertaa galaksin keskellä piileskelevä jättiläinen.

Mullistavan kuvan ottaneeseen EHT-yhteistyöhankkeeseen kuului yli 300 tutkijaa 80 eri yliopistosta ympäri maailmaa. Tiimi kehitti monimutkaisia työkaluja Sagittarius A*:n kuvaamiseen liittyvien haasteiden ratkaisemiseksi ja työskenteli uupumatta viiden vuoden ajan. Dataa yhdisteltiin ja analysoitiin supertietokoneilla, ja havaintojen vertailuun kerättiin ennennäkemätön kirjasto simuloiduista mustista aukoista. 

Kahden eri kokoisen mustan aukon kuvat avaavat tutkijoille uusia mahdollisuuksia ymmärtää niiden samankaltaisuuksia ja eroja. Tutkijat ovat myös alkaneet käyttää uutta kuvaa testatakseen teorioita ja malleja siitä, miten kaasu käyttäytyy supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä. Tätä prosessia ei vielä ymmärretä täysin, mutta sen uskotaan olevan tärkeässä roolissa galaksien muodostumisessa ja kehittymisessä.

”Nyt näiden kahden supermassiivisen mustan aukon välisiä eroja voidaan tutkia ja saada arvokkaita uusia vihjeitä tämän tärkeän prosessin toiminnasta”, sanoi EHT:n tutkija Keiichi Asada tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista Academia Sinica Taipeista Taiwanista. ”Meillä on nyt kuvia kahdesta mustasta aukosta, joista toinen on maailmankaikkeuden supermassiivisten mustien aukkojen suuremmasta päästä ja toinen pienemmästä. Siksi painovoiman toimintaa näissä äärimmäisissä ympäristöissä voidaan tutkia paljon syvällisemmin kuin ennen.”

EHT:n kehitys jatkuu edelleen: maaliskuussa 2022 järjestetyssä havaintokampanjassa oli mukana enemmän teleskooppeja kuin koskaan ennen. EHT-verkoston jatkuvan laajentumisen ja merkittävien teknologisten kehitysaskeleiden ansiosta tutkijat voivat lähitulevaisuudessa tuottaa mustista aukoista entistä vaikuttavampia kuvia ja videoita. 

---

Tämä tutkimus on esitelty kuudessa tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä julkaistussa tieteellisessä artikkelissa.

Taustatietoja 

EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 300 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta. Kansainvälisen yhteistyön tarkoituksena on maailman tarkimpien musta aukko kuvien ottaminen virtuaalista maapallon kokoista virtuaaliteleskooppia käyttäen. Huomattavan kansainvälisen panostuksen avulla EHT yhdistää olemassa olevia teleskooppeja uusien järjestelmien avulla ja siten muodostaa olennaisesti uuden havaintolaitteen, minkä erotuskyky on suurempi kuin millään muulla laitteella.

EHT-konsortio koostuu 13:sta sidosryhmään kuuluvasta instituutista: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University ja Smithsonian Astrophysical Observatory.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) on infrapunasäteilyn ja radioaaltojen väliin sijoittuvia millimetri- ja alimillimetriaaltoja havainnoiva 12-metrinen teleskooppi. ESO operoi teleskooppia 5 100 metrin korkeudella korkealla Chajnantorin tasangolla Chilessä Atacaman alueella. Paikka on yksi maailman korkeimmalla paikalla sijaitsevista obervatorioista. Teleskooppi on Max Planck Institute for Radio Astronomyn (MPIfR) ja Onsala Space Observatoryn (OSO), sekä ESO:n yhteishanke.

ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa.

Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia.

Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. ESO rakentaa parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT).

OSIRIS-Rex:lle uusi tehtävä

NASA on ilmoittanut jatkavansa OSIRIX-Rex -luotaimen tehtävää usealla vuodella ja nykyisen tehtävän päätyttyä se saa myös uuden kohteen ja sen myötä myös uuden nimen. Luotain kävi noutamassa näytteitä 101955 Bennu asteroidilta ja ne saapuvat Maahan 24.syyskuuta 2023 Utahiin Yhdysvalloissa. Laitteisto on toimintakuntoisia ja niinpä sen seuraava kohde onkin asteroidi 99942 Apophis.

OSIRIS-REx -luotain. Kuva Wikimedia Commons.

Apophis asteroidi tunnetaan sen suuresta riskistä törmätä maapalloon. Tosin seuraavalla kerralla 13. huhtikuuta 2029 näin ei tapahdu vaan asteroidi ohittaa planeettamme erittäin läheltä, noin 35 000 km etäisyydeltä. Halkaisijaltaan noin 700 metrin asteroidille tämä on erittäin vähän ja voi olla, että joskus tulevaisuudessa ihmiskunta joutuu torjumaan tämän asteroidin aiheuttamaa uhkaa aivan tosissaan.

OSIRIS-APEX (luotaimen uusi nimi) tavoittaa Apophisin noin kolme viikkoa ennen maapallon lähiohitusta ja asettuu asteroidia kiertävälle radalle. Ohituksen jälkeen luotain edelleen jää kiertämään asteroidia ainakin 18 kuukauden ajaksi. Jossakin vaiheessa luotain myös lähestyy asteroidia niin lähelle, että se voi pölläyttää pintakerroksen regoliittia ohjausmoottoreillaan. Asteroidin tiedetään olevan S-tyypin kondriittia (kiveä). Bennu-asteroidi puolestaan on B-tyypin hiilipitoista kondriittia, joten kemiallisesti erityyppisten asteroidien tutkiminen saa lisää arvokasta tietoa tutkimuksiinsa. Vuonna 2029 tiedetään jo varsin paljon Bennusta tuotujen näytteiden kemiasta, joten tulosten vertailu tuottaneen varmasti mielenkiintoisia tuloksia.

Apophis-asteroidin kiertorata on hyvin lähellä maapallon kiertorataa ja asteroidi tekeekin lähiohituksia säännöllisesti, seuraavan kerran 13. huhtikuuta 2029. Kuva NAS/JPL.

Luotaimen tekemät havainnot antavat tutkijoille arvokasta tietoa Apophsin rakenteesta. Asteroidin rakenne voi olla kasa kiviä, mikä lienee mahdollisten torjuntakeinojen kannalta se huonoin vaihtoehto. Paras rakenne tässä mielessä voisi olla monoliitti, jolloin ihmiskunnalla on käytettävissä monen moisia menetelmiä asteroidin radan muokkaamiseen. Kaikki muutkin rakenteet ovat mahdollisia näiden ääripäiden välillä.

Apophisin muoto mallinnettuna radioteleskoopilla tehtyihin tutkamittauksiin. Kuva Arizonan yliopisto / JPL / Arecibo.

Havaitsemalla asteroidin ratamuutoksia lähiohituksen aikana saadaan myös arvokasta tietoa asteroidin sisäisestä rakenteesta. Näitä tietoja täydennetään tietysti luotaimen kiertoradasta saatujen tietojen avulla, jolloin voidaan kartoittaa asteroidin sisäistä rakennetta ainakin jossakin määrin. Tiedoista voidaan selvittää esimerkiksi se, onko asteroidin sisällä laajoja onkaloita vai onko vain huokoista kiveä jne.

Webb on nyt täysin fokusoitu

NASAn James Webb -avaruusteleskoopin kohdistus on nyt valmis. Täydellisen tarkastelun jälkeen observatorion on vahvistettu pystyvän kaappaamaan teräviä, hyvin tarkennettuja kuvia kaikilla neljällä tutkimusinstrumentillaan. Teleskoopin kohdistamisen seitsemännen ja viimeisen vaiheen päätyttyä ryhmä piti joukon tärkeitä päätöskokouksia ja yksimielisesti päätti, että Webb on valmis siirtymään eteenpäin seuraavaan ja viimeiseen valmisteluvaiheeseen, joka on tutkimusinstrumenttien käyttöönotto. Tämä prosessi kestää noin kaksi kuukautta ennen kuin varsinainen havaintotoiminta alkaa kesällä.

Tekniset kuvat terävästi fokusoituneista tähdistä kunkin instrumentin näkökentässä osoittavat, että teleskooppi on täysin kohdistettu ja tarkennettu. Tässä testissä Webb suunnattiin osaan Suuresta Magellanin pilvestä, Linnunradan pienestä satelliittigalaksista, joka tarjoaa satojen tuhansien tähtien tiheän kentän observatorion kaikkien antureiden alueella. Tässä esitettyjen kuvien koot ja sijainnit kuvaavat kunkin Webbin instrumentin suhteellista sijoittelua kaukoputken polttotasossa, ja kukin osoittaa hieman eri taivaan osaan suhteessa toisiinsa.

Webbin kolme kuvantamislaitetta ovat NIRCam (kuvat näkyvät tässä 2 mikronin aallonpituudella), NIRISS (kuva tässä 1,5 mikronia) ja MIRI (7,7 mikronia, pidempi aallonpituus paljastaa säteilyn tähtienvälisistä pilvistä sekä tähtien valosta). 

NIRSpec on pikemminkin spektrografi kuin kuvantamislaite, mutta se voi ottaa kuvia, kuten tässä näkyvän 1,1 mikronin aallonpituudella, kalibrointia ja kohteen etsimistä varten. NIRSpec-tiedon osissa näkyvät tummat alueet johtuvat sen mikrosuljinryhmän rakenteista, joissa on useita satojatuhansia ohjattavia sulkimia, joita voidaan avata tai sulkea sen mukaan, ja näin valita se minkä kohteen valo ohjataan spektrografiin. 

Lopuksi Webbin Fine Guidance Sensor jäljittää opastähtiä osoittaakseen observatorion suunnan tarkasti. Laitteiston kahta anturia ei yleensä käytetä tieteelliseen kuvantamiseen, mutta ne voivat ottaa kalibrointikuvia, kuten tässä näkyvät. Näitä kuvatietoja ei käytetä vain kuvan terävyyden arvioimiseen, vaan myös hienovaraisten kuvan vääristymien ja antureiden välisten kohdistusten tarkkaan mittaamiseen ja kalibrointiin osana Webbin yleistä instrumenttikalibrointiprosessia. Kuva NASA.

___

"Nämä merkittävät testikuvat onnistuneesti kohdistetusta kaukoputkesta osoittavat, mitä ihmiset eri maissa ja mantereilla voivat saavuttaa, kun on olemassa rohkea tieteellinen näkemys maailmankaikkeuden tutkimisesta", sanoi Lee Feinberg, Webbin optisten teleskooppielementtien johtaja NASAn Goddard Space Flight Centeristä.

Teleskoopin optinen suorituskyky on edelleen parempi kuin insinööriryhmän optimistisimmat ennusteet. Webbin peilit keräävät nyt avaruudesta täysin fokusoitua valoa jokaiseen instrumentin käyttöön. Kaikkiin laitteiden kuvanlaatu on "diffraktiorajoitettu", mikä tarkoittaa, että nähtävissä olevien yksityiskohtien tarkkuus on niin hyvä kuin fyysisesti kaukoputken kokoon ja käytettyyn aallonpituuteen nähden on mahdollista. Tästä eteenpäin tehtävät muutokset peilien asentoihin ovat hyvin pieniä, lähinnä säännöllisesti tehtäviä säätöjä ensisijaisiin peilisegmentteihin.

"Kaukoputken suuntauksen valmistuttua ja puolen eliniän ponnistelun myötä roolini James Webb -avaruusteleskooppitehtävässä on päättynyt", sanoi Scott Acton, Webbin aaltorintaman tunnistus- ja ohjaustutkija, Ball Aerospace. "Nämä kuvat ovat muuttaneet perusteellisesti tapaani nähdä maailmankaikkeuden. Meitä ympäröi luomisen sinfonia; galakseja on kaikkialla! Toivon, että jokainen maailmassa voisi nähdä ne."

Nyt Webb-tiimi kiinnittää huomionsa tieteellisten instrumenttien käyttöönottoon. Jokainen instrumentti on erittäin hienostunut sarja ilmaisimia, jotka on varustettu ainutlaatuisilla linsseillä, maskeilla, suodattimilla ja mukautetuilla laitteilla, jotka auttavat niitä tekemään suunniteltuja tieteellisiä havaintoja. Näiden instrumenttien erikoisominaisuudet konfiguroidaan ja niitä käytetään eri yhdistelminä instrumenttien käyttöönottovaiheen aikana, jotta voidaan täysin varmistaa niiden valmius havaintoihin.

Vaikka teleskoopin optisten elementtien kohdistus on valmis, joitain kaukoputken kalibrointitoimia on jäljellä: osana tieteellisten instrumenttien käyttöönottoa kaukoputki suunnataan taivaan eri alueille, jolloin observatorioon osuvan auringonsäteilyn kokonaismäärä vaihtelun myötä laitteiden lämpöstabiilisuus voidaan varmistaa. Webbin tutkimuskäytön aloituksen jälkeenkin huoltohavainnoilla kahden vuorokauden välein tarkistetaan peilien suuntaus ja tarvittaessa tehdään korjauksia.

Suurehko asteroidi ohittaa Maan torstaina

Maapallon lähiavaruudessa kulkee jatkuvasti asteroidien virta, jopa pari kolme vuorokauden aikana. Torstaina (28.4.2022) Maapallon ohittavalla 2008 AG33 -asteroidilla (418135) on kokoa suunnilleen 466 m (säteiden keskiarvo) mutta sen tarkkaa kokoa ei kuitenkaan tunneta. Ohitus tapahtuu noin 8,5 Kuun etäisyydeltä (3,2 milj. km), joten törmäysvaaraa ei ole.

Taiteilijan näkemys asteroidista. Kuva NASA/JPL.

Vaikka törmäysvaaraa ei tällä kertaa olekaan, niin se ei ole mikään tae tulevaisuudesta. Asteroidien ja komeettojen ratoja muuttavat monet tekijä, esimerkiksi planeetan lähiohitus muuttaa rataa aina. Tästä syystä tutkijat pitävät silmällä kaikkia hieman alle 200 milj. km etäisyydelle tulevia asteroideja. He havaitsevat niitä automaattisilla seurantakameroilla ja laskevat niiden ratoja havaintojen tuottamasta datasta. Jos asteroidi tulee lähemmäksi kuin 7,5 milj. km, sitä pidetään mahdollisesti vaarallisena (PHA), ja se on erityisen huomion kohteena. 

Toistaiseksi emme pysty torjumaan asteroidien törmäyksiä mutta tutkimustyö on käynnissä tälläkin saralla. Havaintoja tekee NASAn DART -luotain (Double Asteroid Redirection Test), joka laukaistiin avaruuteen 24.11.2021. Myös Kiinan avaruusviranomaiset suunnittelevat törmäyttävänsä luotaimen asteroidiin ja tarkkailevat sen vaikutusta asteroidin rataan. Tehtävän päivämääriä ei ole ilmoitettu.

Asteroidi 2008 AG33 havaittiin 12. tammikuuta 2008 Mt. Lemmon SkyCenter observatoriossa. Se ohitti maapallon edellisen kerran 1.3.2015. Tämän kertaisen ohituksen jälkeen voimme odottaa sitä seitsemän vuoden kuluttua 25.5.2029.

Lähiviikkoina on odotettavissa vieläkin suurempien asteroidien ohituksia. Space Weather (.com) sivusto listaa tulevien asteroideja etusivullaan. Listan mukaan 9.5.2022 ohittaa maapallon noin 513 metriä (keski)halkaisijaltaan oleva asteroidi 467460 noin 11.3 Kuun etäisyydeltä (LD). toukokuun 27 päivänä maapallon ohittaa asteroidi 7335, jonka halkaisijaksi ilmoitetaan 1058 m ja ohitusetäisyydeksi 14,8 LD. Pienempiä, mutta merkittävän kokoisia kuitenkin, menee maapallon ohi useita viikossa. Pienimmät niistä ovat muutaman metrin kokoisia.

Kaikkein pienemmiltä kappaleita maapallon suhteellisen tiheä ilmakehä suojaa. Suojavaikutus ulottuu noin 10 – 20 m kokoluokkaan asti, mutta lähestyvän kappaleen rakenne ja kemiallinen koostumus vaikuttaa asiaan huomattavasti. Esimerkiksi Tšeljabinskiin (Venäjä) pudonnut kappale oli kooltaan noin 20 m, mutta kaikeksi onneksi se oli rakenteeltaan haurasta kiveä ja se tuli ilmakehään lähes maapallon säteen tangentin suuntaisesti. Näin ollen sen kulkema matka ilmakehässä muodostu pitkäksi ja se ehti pirstoutua paljon pienemmiksi kappaleiksi ennen lopullista putoamista. Siitä huolimatta sen aiheuttama paineaalto rikkoi ikkunoita ja kaatoi seiniä ja toistatuhatta ihmistä loukkaantui.

Tähtitieteilijät ovat löytäneet mikronovan

 eso2207fi — Tutkimustiedote 20. huhtikuuta 2022 – suom. Pasi Nurmi

Tähtitieteilijöiden ryhmä on Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (ESO:n VLT) kaukoputken avulla havainnut uudentyyppisen tähden räjähdyksen, jota kutsutaan mikronovaksi. Nämä purkaukset tapahtuvat tiettyjen tähtien pinnalla. Tähti voi purkauksissa fuusioida vain muutamassa tunnissa materiaa noin 3,5 miljardin Gizan suuren pyramidin verran.

”Olemme löytäneet ja tunnistaneet ensimmäistä kertaa mikronovaksi kutsutun kohteen”, Simone Scaringi, tähtitieteilijä Durhamin yliopistossa Isossa-Britanniassa, kertoi. Hän johti tänään Nature-lehdessä julkaistua tutkimusta. ”Ilmiö haastaa ymmärryksemme siitä, kuinka tähdissä tapahtuvat lämpöydinräjähdykset tapahtuvat. Luulimme jo, että ymmärtäisimme ilmiön, mutta tämä löytö viittaa aivan uuteen tapaan niiden syntymiseksi”, hän lisäsi.

Tämän taiteilijan näkemys esittää kahden tähden järjestelmää, jossa mikronovia voi esiintyä. Kuvan keskellä olevan kirkkaan valkoisen kääpiön ympärillä pyörivä sininen kiekko koostuu kumppanitähdestä siirtyneestä materiasta (enimmäkseen vetyä). Kiekon keskustaa kohti siirryttäessä valkoisen kääpiön vahva magneettikenttä ohjaa vetyä napoja kohti. Kun materia putoaa tähden kuumalle pinnalle, se laukaisee mikronovan.  © ESO/M. Kornmesser, L. Calçada.

Mikronovat ovat äärimmäisen rajuja tapahtumia, mutta tähtitieteellisissä mittakaavoissa ne ovat silti pieniä. Niissä vapautuu paljon vähemmän energiaa, kuin novina tunnetuissa tähtien räjähdyksissä, joista tähtitieteilijät ovat tienneet vuosisatojen ajan. Molempia räjähdyksiä tapahtuu valkoisissa kääpiöissä ^[1], joiden massa on oman Aurinkomme luokkaa.

Kahden tähden muodostamassa järjestelmässä valkoinen kääpiö voi varastaa seuralaistähdeltään materiaa, joka on enimmäkseen vetyä, jos ne ovat riittävän lähellä toisiaan. Kun kaasu putoaa valkoisen kääpiön erittäin kuumalle pinnalle, se saa aikaan vetyatomien fuusioitumisen heliumiksi räjähdysmäisessä tilassa. Novissa nämä lämpöydinräjähdykset tapahtuvat koko tähden pinnalla. ”Tällaiset räjähdykset saavat koko valkoisen kääpiön pinnan palamaan ja loistamaan kirkkaasti useita viikkoja”, yksi artikkelin kirjoittajista Nathalie Degenaar, tähtitieteilijä Amsterdamin yliopistossa, Alankomaissa, sanoi. 

Mikronovat ovat samanlaisia räjähdyksiä, mutta pienempiä kooltaan, sekä ne ovat nopeampia kestäen vain useita tunteja. Niitä esiintyy tietyissä valkoisissa kääpiöissä, joilla on vahvat magneettikentät, jolloin ne ohjaavat tähteen putoavaa materiaa kohti magneettisia napoja. ”Olemme nyt nähneet ensimmäistä kertaa, että vetyfuusio voi tapahtua myös paikallisesti. Vetyä voi olla joidenkin valkoisten kääpiöiden magneettisten napojen alueella, joten fuusio tapahtuu vain näillä magneettisilla napa-alueilla”, Paul Groot, Alankomaiden Radboudin yliopiston tähtitieteilijä ja tutkimuksen yksi kirjoittajista, sanoi. 

”Tämä johtaa mikrofuusiopommien räjähtämiseen, jotka ovat voimakkuudeltaan vain noin miljoonasosa nova-räjähdyksen voimasta. Tästä syystä ilmiötä kutsutaan mikronovaksi”, Groot jatkoi. Vaikka sana ”mikro” saattaa tarkoittaa, että nämä tapahtumat ovat pieniä, niin sanan ei kannata antaa ajatuksen mennä harhaan. Jo yhdessä tällaisessa purkauksessa vetyä voi fuusioitua noin 20 000 000 biljoonaa kg, joka vastaa noin 3,5 miljardin Gizan suuren pyramidin verran ainetta [2]. 

Nämä mikronovat haastavat tähtitieteilijöiden ymmärrystä tähtien räjähdyksistä ja ne voivat olla yleisempiä kuin aiemmin on ajateltu. ”Tämä vain osoittaa kuinka dynaaminen maailmankaikkeus on. Nämä tapahtumat saattavat olla oikeastaan aika yleisiä, mutta koska ne ovat niin nopeita, niitä on vaikea saada kiinni tositoimissa", Scaringi selitti.

Tutkimusryhmä tutustui näihin salaperäisiin mikroräjähdyksiin ensimmäisen kerran analysoidessaan NASA:n Transiting Exoplanet Survey Satellite, eli TESS- satelliitin tietoja. ”Kun tutkimme NASA:n TESSin keräämää tähtitieteen dataa, löysimme jotain epätavallista. Huomasimme kirkkaan optisen alueen valon välähdyksen, joka kesti muutamia tunteja. Etsiessämme vielä lisää löysimme useita vastaavia signaaleja”, Degenaar sanoi.

Tutkimusryhmä havaitsi TESSin kanssa kolmea mikronovaa. Näistä kaksi oli tunnettuja valkoisia kääpiöitä, mutta kolmas vaati lisähavaintoja ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentilla, jonka avulla voitiin vahvistaa se, onko kohde valkoinen kääpiö.

”ESO:n Very Large Telescope -teleskoopin avulla huomasimme, että kaikki optisen alueen välähdykset olivat valkoisten kääpiöiden tuottamia”, Degenaar sanoi. ”Tämä havainto oli ratkaiseva, kun tulkitsimme saamiamme tuloksia ja oli olennainen mikronovien löytämisessä”, Scaringi lisäsi. 

Mikronovien löytäminen kasvattaa tunnettujen tähtiräjähdysten kirjoa. Tutkimusryhmä haluaisi seuraavaksi havaita lisää näitä vaikeasti havaittavia tapahtumia, jotka vaativat laajoja taivaan kartoituksia ja nopeita seurantahavaintoja. ”Salaperäisten mikronovien selvittämisessä nopea reagointi sellaisten teleskooppien, kuten VLT:n tai ESO:n New Technology Telescope-teleskoopin ja niiden instrumenttien avulla on ensisijaisen tärkeää”, Scaringi kertoi lopuksi.

Huomautukset

[1] Valkoinen kääpiö on ollut Auringon kaltainen tähti, joka on tullut kehityskaarensa päähän. Fuusiokelpoisen vedyn loputtua tähden ytimessä alkaa heliumin fuusio, joka tuottaa aikaisempaa runsaammin energiaa. Tämän seurauksena tähti laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja sen tähtituuli voimistuu merkittävästi. Fuusiokelpoisen heliumin loputtua tähden ydin romahtaa maapallon kokoiseksi ja ulko-osa poistuu ympäröivään avaruuteen muodostaen aikaisemman tähtituulen kanssa planetaarisen sumun valkoisen kääpiön ympärille. Muodostunut valkoinen kääpiö on erittäin kuuma ja se säteilee jäännöslämpöään (jäähtyy) ehkä kymmenien miljardien vuosien ajan.

[2] Biljoonaa tarkoittaa miljoonaa miljoonaa (1000 000 000 000 tai 10¹²) ja miljardi tuhatta miljoonaa (1 000 000 000 tai 10⁹). Kairossa, Egyptissä (tunnetaan myös nimellä Khufun pyramidi tai Cheopsin pyramidi) sijaitsevan Gizan suuren pyramidin paino on noin 5 900 000 000 kg.