Tähtitieteilijät ovat paljastaneet Linnunradan keskustan mustan aukon reunalla kiertyvän voimakkaan magneettikentän

Event Horizon Telescope (EHT) -yhteistyöverkoston ottamassa uudessa kuvassa näkyy voimakkaita ja järjestäytyneitä magneettikenttiä, jotka lähtevät kierteisesti supermassiivisen mustan aukon Sagittarius A*:n (Sgr A*) reunalta. Tämä ensimmäinen polarisoidun valon alueen kuva Linnunradan galaksin ytimessä lymyävästä mustasta aukosta on paljastanut magneettikentän rakenteen, joka on hämmästyttävän samanlainen kuin M87-galaksin keskellä olevalla mustalla aukolla (M87*). Tämä viittaa siihen, että kaikilla mustilla aukoilla voi olla voimakkaita magneettikenttiä. Samankaltaisuus viittaa myös siihen, että myös Sgr A*:ssä on piilossa oleva suihku. Tulokset julkaistiin tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä.

Event Horizon Telescope (EHT) yhteistyöverkoston kuvaamien kahden mustan aukon kokovertailu. M87* sijaitsee Messier 87 -galaksin ytimessä ja Sagittarius A* (Sgr A*) sijaitsee Linnunradan keskellä. Kuvassa on Sgr A*:n mittakaava sekä M87*:een, että muihin aurinkokunnan kohteisiin, kuten Pluton ja Merkuriuksen kiertoratoihin, verrattuna. Myös Auringon halkaisija ja Voyager 1 -avaruusluotaimen nykyinen sijainti, on merkattuna. Voyager 1 on tällä hetkellä kauimpana Maasta oleva luotain. M87* sijaitsee 55 miljoonan valovuoden etäisyydellä, ja se on yksi suurimmista tunnetuista mustista aukoista. Sgr A* on 27000 valovuoden päässä meistä, ja se massa on noin neljä miljoonaa Auringon massaa. M87* painaa kuitenkin kuusisataa kertaa enemmän. Niiden suhteellisten etäisyyksien vuoksi molemmat mustat aukot näyttävät taivaalla samankokoisilta. Kuva EHT collaboration.

Vuonna 2022 tutkijat esittelivät ensimmäisen Sgr A*:n kuvan useissa lehdistötilaisuuksissa eri puolilla maailmaa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) mukaan lukien. Sgr A* sijaitsee noin 27 000 valovuoden päässä Maasta. Vaikka Linnunradan supermassiivinen musta aukko on vain tuhannesosa M87:n mustasta aukosta (ensimmäinen EHT:llä kuvattu musta aukko), havainnot paljastivat, että nämä kaksi näyttävät hämmästyttävän samanlaisilta. Tämä sai tutkijat miettimään, onko näillä kahdella ulkonäön lisäksi muita yhteisiä piirteitä. Selvittääkseen tätä tutkimusryhmä päätti tutkia Sgr A*:ta polarisoidussa valossa. Aiemmat tutkimukset M87:n mustan aukon (M87*) ympäristöstä paljastivat, että sitä ympäröivät magneettikentät mahdollistivat sen, että musta aukko pystyy lähettämään voimakkaita materiasuihkuja ympäristöönsä. Uuden tutkimuksen kuvat ovat paljastaneet, että myös Sgr A*:n kohdalla tilanne saattaa olla samankaltainen.

"Olemme nyt havainneet, että Linnunradan keskellä olevan mustan aukon lähellä on voimakkaita, kiertyneitä ja järjestäytyneitä magneettikenttiä", sanoi Sara Issaoun, NASA Hubble Fellowship Program Einstein Fellow Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian Centeristä Yhdysvalloista ja projektin toinen johtaja. "Sgr A*:n polarisaatiorakenne on hämmästyttävän samanlainen kuin paljon suuremmalla ja voimakkaammalla M87*-mustalla aukolla, ja olemme oppineet, että vahvat ja järjestäytyneet magneettikentät ovat ratkaisevassa asemassa siinä, miten mustat aukot ovat vuorovaikutuksessa niitä ympäröivän kaasun ja aineen kanssa."

Kuvassa on polarisoidun valon alueen kuvat supermassiivisista mustista aukoista M87* ja Sagittarius A*. Tämä osoittaa tutkijoille, että mustilla aukoilla on samanlaiset magneettikenttien rakenteet. Tämä on tärkeää, koska se viittaa siihen, että fysikaaliset prosessit, siihen miten musta aukko käynnistää ja ylläpitää suihkun, voivat olla universaaleja piirteitä supermassiivisille mustille aukoille.

Kuvan asteikko osoittaa näiden kuvien näennäisen koon taivaalla mikrokaarisekunneissa. Sormi kädenmitan päässä silmien edessä kattaa taivaalla yhden asteen alueen, ja mikrokaarisekunti on 3,6 miljardia kertaa pienempi kuin tämä kulma. Näiden mustien aukkojen kuvien näennäinen koko taivaalla on samankokoinen kuin Kuun pinnalla näkyvä donitsi. Kuva EHT Collaboration.

 Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, joka fotoneissa oleva energia värähtelee sähkökentän ja sitä kohtisuoraan olevan magneettikentän välillä. Joissakin olosuhteissa (yleensä magneettikentän vaikutuksesta tai valon heijastuessa vedestä tai metallipinnasta) värähtely tapahtuu erityisesti tietyssä suunnassa, jolloin kutsumme sitä "polarisoiduksi". Vaikka polarisoitunut valo ympäröi meitä, ihmissilmä ei erota sitä "normaalista" valosta. Mustia aukkoja ympäröivässä plasmassa magneettikentän viivojen ympärillä kieppuvat hiukkaset aiheuttavat polarisaatiokuvion, joka on kohtisuorassa kenttää vastaan. Tämän ansiosta tähtitieteilijät voivat nähdä yhä tarkemmin, mitä mustien aukkojen alueilla tapahtuu, ja kartoittaa niiden magneettikentän rakennetta.

"Kuvaamalla mustien aukkojen läheisyydessä olevaa kuuman hehkuvan kaasun polarisoitunutta valoa voimme suoraan päätellä niiden magneettikenttien rakenteen ja voimakkuuden, jotka ohjaavat kaasu- ja materiavirtoja ja saavat energiaa mustasta aukosta", sanoi Angelo Ricarte, Harvardin Black Hole Initiative -hankkeen apurahansaaja ja yksi hankkeen vetäjistä. "Polarisoitunut valo kertoo meille paljon enemmän astrofysiikasta, kaasun ominaisuuksista ja mekanismeista, joita mustan aukon ruokaillessa tapahtuu." 

Mustien aukkojen kuvaaminen polarisoidussa valossa ei kuitenkaan ole yhtä helppoa kuin polarisoitujen aurinkolasien käyttäminen, ja tämä pätee erityisesti Sgr A*:n kohdalla. Se muuttuu niin nopeasti, ettei se pysy kuvattaessa paikoillaan. Supermassiivisen mustan aukon kuvaaminen vaatii kehittyneempiä välineitä kuin ne, joita on aiemmin käytetty paljon vakaamman M87*:n kuvaamiseen. EHT-projektin tutkija Taipeissa sijaitsevan Academia Sinican tähtitieteen ja astrofysiikan instituutista Geoffrey Bower sanoi: "Koska Sgr A* liikkuu, kun yritämme ottaa siitä kuvaa, siitä oli vaikeaa saada aikaan edes polarisoimatonta kuvaa", ja hän lisäsi, että Sgr A*:n ensimmäinen kuva oli sen liikkeen vuoksi useiden kuvien keskiarvo. "Olimme helpottuneita, että kuvaaminen polarisoidulla valolla oli edes mahdollista. Jotkin mallit olivat aivan liian sekavia ja turbulentteja polarisoidun kuvan muodostamiseksi, mutta todellisuus ei ollut niin huono."

Mariafelicia De Laurentis, EHT:n apulaistutkijan sijainen ja Napolin Federico II -yliopiston professori Italiassa, sanoi: "Kahden mustan aukon otoksessa, joilla on hyvin erilaiset massat ja hyvin erilaiset isäntägalaksit, on tärkeää määrittää, miten ne ovat samanlaisia ja miten erilaisia. Koska molemmissa on todennäköisesti voimakkaita magneettikenttiä, niin se viittaa siihen, että tämä voi olla universaalia, ja ehkä tämäntyyppisten kohteinen peruspiirre. Yksi näiden kahden mustan aukon yhtäläisyyksistä voisi olla suihku, mutta vaikka olemme kuvanneet hyvin selvän suihkun M87*:ssa, emme ole vielä löytäneet sellaista Sgr A*:sta."

Sgr A*:n havaintojen tekemiseksi yhteistyöverkosto yhdisti kahdeksan ympäri maailmaa sijaitsevaa teleskooppia luodakseen virtuaalisen Maan kokoisen teleskoopin, eli EHT:n. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on mukana yhtenä kumppanina, ja ESO:n isännöimä Atacama Pathfinder Experiment (APEX), jotka molemmat sijaitsevat Pohjois-Chilessä, olivat osa verkostoa, joka teki havainnot vuonna 2017.  

"EHT:n suurimpana ja tehokkaimpana teleskooppina ALMA:lla oli keskeinen rooli tämän kuvan luomisessa", sanoi ESO:n María Díaz Trigo, Euroopan ALMA-ohjelman tutkija. "ALMA:lle suunnitellaan nyt "äärimmäistä uudistusta", Wideband Sensitivity Upgrade -päivitystä, joka tekee ALMA:sta entistäkin herkemmän ja pitää sen keskeisenä toimijana myös tulevissa EHT:n havainnoissa Sgr A*:sta ja muista mustista aukoista."

EHT on tehnyt useita havaintoja vuodesta 2017 lähtien, ja sen on määrä tehdä Sgr A* -havainto uudelleen huhtikuussa 2024. Kuvat paranevat joka vuosi, kun EHT ottaa käyttöön uusia teleskooppeja, suurempaa kaistanleveyttä ja uusia havaintotaajuuksia. Seuraavalle vuosikymmenelle suunnitellut laajennukset mahdollistavat Sgr A*:sta tarkat liikkuvat kuvat, jotka saattavat paljastaa piilossa olevan suihkun. Ne voisivat antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden samanlaisten polarisaatio-ominaisuuksien havaitsemiseen kuin muissa mustissa aukoissa. Toisaalta EHT:n laajentaminen avaruuteen tarkoittaisi mustista aukoista tarkempia kuvia kuin koskaan aiemmin.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty kahdessa EHT-kollaboraation julkaisemassa artikkelissa, jotka julkaistaan tänään The Astrophysical Journal Letters -lehdessä. Artikkelit ovat: "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" ja "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring". 

Webb- ja Hubble-teleskoopit vahvistavat maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden, mutta arvoitus jatkuu edelleen

Maailmankaikkeuden laajenemisnopeus, jota kutsutaan Hubble-vakioksi, on yksi perusparametreista kosmoksen kehityksen ja lopullisen kohtalon ymmärtämisessä. Hubble-jännitteeksi (Hubble Tension) kutsuttu ero on kuitenkin havaittavissa vakion arvoissa, joita on mitattu useilla riippumattomilla etäisyysmittareilla, ja alkuräjähdyksen ennustetun arvon perusteella. NASA/ESA/CSA:n James Webb -avaruusteleskooppi on vahvistanut, että Hubble-avaruusteleskoopin tekemät havainnot olivat koko ajan oikeita, ja se on poistanut kaikki Hubblen mittauksiin liittyvät epäilykset.

Tämä kuva NGC 5468 -galaksista, joka sijaitsee noin 130 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta, on yhdistelmä Hubble- ja James Webb -avaruusteleskooppien havainnoista. Tämä on kaukaisin galaksi, josta on tunnistettu kefeidejä, muuttuvia tähtiä. Ne ovat tärkeitä kilometripylväitä maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden mittaamisessa. Kefeidien perusteella laskettu etäisyys on ristiinkorreloitu galaksissa sijaitsevan Ia-tyypin supernovan kanssa. Ia-tyypin supernovat ovat niin kirkkaita, että niiden avulla voidaan mitata kosmisia etäisyyksiä paljon kefeidien etäisyysalueen ulkopuolella, mikä laajentaa universumin laajenemisnopeuden mittauksia syvemmälle avaruuteen.

Tässä spiraaligalaksissa on neljä vastapäivään kaartuvaa spiraalihaaraa. Kierteishaarat ovat täynnä nuoria, sinisiä tähtiä, ja niiden välissä on purppuranpunaisia tähdenmuodostumisalueita, jotka näkyvät pieninä pisteinä. Galaksin keskiosa on paljon kirkkaampi ja kellertävämpi, ja siinä on selvä kapea lineaarinen palkki, joka on kulmassa kello 11:stä kello 5:een. Kierteishaarojen ulkopuolella on kymmeniä punaisena näkyviä taustagalakseja. Avaruuden tausta on musta.]

Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Riess (JHU/STScI).

Yksi NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin rakentamisen tieteellisistä perusteista oli käyttää sen havaintovoimaa universumin laajenemisnopeuden tarkan arvon määrittämiseen. Ennen Hubblen laukaisua vuonna 1990 maanpäällisillä teleskoopeilla tehdyissä havainnoissa oli valtavia epävarmuustekijöitä. Laajenemisnopeudelle saaduista arvoista riippuen maailmankaikkeus saattoi olla 10 – 20 miljardia vuotta vanha. Viimeisten 34 vuoden aikana Hubble on kutistanut tämän mittaustuloksen alle yhden prosentin tarkkuuteen ja kiinnittänyt eron 13,8 miljardin vuoden ikäarvoon.

Ikäarvio on saavutettu tarkentamalla niin sanottuja "kosmisia etäisyysportaita" mittaamalla tärkeitä kilometripylväitä, joita kutsutaan kefeideiksi. Kefeidien valon kirkkaus muuttuu jaksonpituudella, joka on suoraan verrannollinen tähtien massaan. Näin ollen, havaitsemalla kirkkauden muutoksia, voimme määrittää tähden absoluuttisen kirkkauden ja edelleen voimme laskea niiden etäisyydet. Kefeidit ovat myös hyvin kirkkaita tähtiä, joten niitä voidaan havaita hyvin kaukaa, joten ne soveltuvat hyvin tämän tyyppiseen etäisyysmittaukseen.

Hubble-arvo ei kuitenkaan vastaa muita mittaustuloksia, jotka viittaavat siihen, että maailmankaikkeus laajeni nopeammin alkuräjähdyksen jälkeen. Nämä havainnot tehtiin ESA:n Planck-satelliitin kartoittaessa kosmista mikroaaltotaustasäteilyä, joka on suunnitelma siitä, miten maailmankaikkeuden rakenne kehittyy sen jälkeen, kun se on jäähtynyt alkuräjähdyksestä.

Yksinkertainen ratkaisu dilemmaan olisi sanoa, että ehkä Hubble-havainnot ovat vääriä, koska sen mittauksiin on hiipinyt epätarkkuutta syvän avaruuden mittareista. Sitten tuli James Webb -avaruusteleskooppi, jonka avulla tähtitieteilijät voivat tarkistaa Hubblen tulokset. Webbin infrapunanäkymät kefeideistä vastasivat Hubblen optisen valon tietoja. Webb vahvisti, että Hubble-teleskoopin tekemät havainnot olivat koko ajan oikeassa ja poisti kaikki Hubblen mittauksiin liittyvät epäilykset.

Lopputulos on se, että niin sanottu Hubble-jännite (Hubble Tension), joka vallitsee läheisen maailmankaikkeuden tapahtumien ja varhaisen maailmankaikkeuden laajenemisen välillä, on edelleen kosmologeja työllistävä arvoitus. Avaruuden kudokseen saattaa olla kietoutunut jotain, mitä emme vielä ymmärrä.

Vaatiiko tämän ristiriidan ratkaiseminen uutta fysiikkaa? Vai johtuuko se mittausvirheistä kahden eri menetelmän välillä, joita käytetään avaruuden laajenemisnopeuden määrittämiseen?

"Kun mittausvirheet on poistettu, jäljelle jää todellinen ja jännittävä mahdollisuus, että olemme ymmärtäneet maailmankaikkeuden väärin", sanoo Adam Riess, Baltimoressa sijaitsevan Johns Hopkinsin yliopiston fyysikko. Riess on saanut Nobel-palkinnon siitä, että hän oli mukana löytämässä sitä, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy salaperäisen ilmiön, jota nykyään kutsutaan pimeäksi energiaksi.

Vuonna 2023 tehty ensimmäinen Webb-havainto vahvisti, että Hubblen mittaukset laajenevasta maailmankaikkeudesta olivat tarkkoja. Hubble-jännityksen lieventämisen toivossa jotkut tutkijat kuitenkin arvelivat, että mittauksissa olevat näkymättömät virheet voivat kasvaa ja tulla näkyviin, kun katsomme syvemmälle maailmankaikkeuteen. Erityisesti tähtien joukkoistuminen voisi vaikuttaa systemaattisesti kaukaisempien tähtien kirkkausmittauksiin.

Riessin johtama SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy) -ryhmä sai lisähavaintoja Webbillä tehdyillä havainnoista kefeideistä, jotka voidaan nyt korreloida Hubble-tietojen kanssa.

"Olemme nyt kattaneet koko Hubble-havaintojen alueen, ja voimme sulkea mittausvirheen Hubble-jännityksen syyksi erittäin suurella varmuudella pois", Riess sanoi.

Jotkin tähtitieteilijät ovat kuitenkin esittäneet, että kun siirrytään "toista porrasaskelmaa" pitkin eteenpäin, kosmiset etäisyystikkaat saattavat horjua, jos kefeidimittaukset muuttuvat epätarkemmiksi etäisyyden kasvaessa. Tällaisia epätarkkuuksia voi esiintyä, koska kefeidien valo voi sekoittua viereisen tähden valoon - vaikutus voi korostua etäisyyden kasvaessa, kun tähdet pakkautuvat taivaalle ja niitä on vaikeampi erottaa toisistaan.

Havaintohaasteena on se, että aiemmat Hubble-kuvat kaukaisemmista kefeideistä näyttävät yhä enemmän sekoittuneilta ja päällekkäisiltä naapuritähtien kanssa yhä suuremmilla etäisyyksillä meidän ja niiden isäntägalaksien välillä, mikä edellyttää tämän vaikutuksen huolellista huomioon ottamista. Välissä oleva pöly vaikeuttaa entisestään mittausten varmuutta näkyvässä valossa. Webbin ir-havainnot kuitenkin läpäisevät pölyn ja erottaa kefeidit tavallisista naapuritähdistä.

"Webbin ja Hubblen yhdistäminen antaa meille molempien maailmojen parhaat puolet. Huomaamme, että Hubblen mittaukset pysyvät luotettavina, kun nousemme pitemmälle kosmisella etäisyysportaalla", Riess sanoo.

Uusissa Webb-havainnoissa on mukana viisi isäntägalaksia, joissa on kahdeksan Ia-tyypin supernovaa ja joissa on yhteensä 1 000 kefeidiä. Havainnot ulottuvat kaukaisimpaan galaksiin NGC 5468, josta kefeidejä on mitattu ja joka on 130 miljoonan valovuoden etäisyydellä. "Tämä kattaa koko sen alueen, jolla teimme mittauksia Hubblen avulla. Olemme siis päässeet kosmisten etäisyystikkaiden toisen portaan päähän", sanoo toinen kirjoittaja Gagandeep Anand (Space Telescope Science Institute Baltimore).

Hubble- ja Webb-avaruusteleskooppien vahvistus Hubble-jännitteestä antaa muille observatorioille mahdollisuuden ratkaista mysteeri, mukaan lukien NASAn tuleva Nancy Grace Roman -avaruusteleskooppi ja ESA:n hiljattain käynnistämä Euclid-missio.

Tällä hetkellä Hubblen ja Webbin havaitsemat etäisyystikkaat on asettanut tukevan ankkuripisteeseen ja Planckin havaitseman alkuräjähdyksen jälkihehkun (kosminen taustasäteily) maailmankaikkeuden alun välille. Sitä, miten maailmankaikkeuden laajeneminen muuttui näiden kahden päätepisteen välissä kuluneiden miljardien vuosien aikana, ei ole vielä suoraan havaittu. "Meidän on selvitettävä, puuttuuko meiltä jotain siitä, miten yhdistää maailmankaikkeuden alku ja nykyhetki", Riess sanoo.

Nämä havainnot julkaistiin 6. helmikuuta 2024 ilmestyvässä The Astrophysical Journal Letters -lehdessä.

 

Uusia kuita Uranukselle ja Neptunukselle

IAU:n Minor Planet Center ilmoitti helmikuun 23. päivänä kolmesta uudesta kuusta, jotka löytyivät Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradoilta. Uranuksen nyt ilmoitettu kuu on S/2023 U1 ja Neptunuksen kaksi kuuta ovat S/2002 N5 ja S/2021 N1.

Animaatio Neptunuksen epäsäännöllisestä kuusta S/2002 N 5 (entinen c02N4), jonka Brett J. Gladman et al. on kuvannut hitaasti liikkuvana 25. magnitudin objektina. ESO:n VLT-FORS1-kuvauslaitteella 3. syyskuuta 2002. Jokainen ruutu on neljän 420 sekunnin valotuksen mediaanipino R-kaistasuodattimella; yksittäisiä valotuksia siirretään hieman seuraamaan kuun liikettä, jotta se näkyy pistelähteenä mediaanipinossa. Vasemmassa alakulmassa näkyvät päivämäärät osoittavat kunkin pinon keskipisteen ajan (1. valotuksen alkamisesta 4. valotuksen päättymisaikaan). Liikkuvat tummat täplät ja käyrät ovat kuvan artefakteja, jotka johtuvat kameran pölystä. Nämä kuvat otettiin osana Gladmanin et al. löytämien Neptunuksen viiden epäsäännöllisen kuun seurantahavaintoja. edellisenä kuukautena (elokuussa 2002), vaikka S/2002 N 5 katosi näiden havaintojen jälkeen, eikä sitä nähty enää ennen syyskuuta 2021. Kuva Brett J. Gladman & ai. /European Southern Observatory.

Kuiden koko ei ole suuren suuri. Uranuksen S/2023 U1 on kooltaan 8 km ja sen kiertoaika on 680,78 vuorokautta. Kuun havaitsi Scott Sheppard (Carnegie Science) tutkimusryhmineen marraskuun 4. päivänä 2023 Magellan teleskoopilla (Las Campanas Observatory, Chile). Joulukuussa tehtyjen lisähavaintojen jälkeen kuun rata saatiin laskettua ja paljastui, että siitä oli tehty aikaisemmin havainto Subaru teleskoopilla (Havaiji) vuonna 2021.

Molemmat Neptunuksen kuut oli löydetty jo aikaisemmin, mutta havaintoja niistä ei kuitenkaan ollut tarpeeksi, jotta radat olisi onnistuttu määrittämään riittävällä tarkkuudella. Seppard havaitsi kirkkaamman kuun lokakuussa 2021 ja sen jälkeen siitä oli tehty lisähavaintoja vuosina 2022 ja 2023. Marina Brozovic ja Bob Jacobson (molemmat NASA Jet Propulsion Laboratory) laskivat havaintojen perusteella radat kuille, jonka jälkeen ne löytyivät parin vuosikymmenen takaisista havainnoista. Uudet havainnot tehtiin VLT teleskoopilla Chilessä ja Gemini North teleskoopilla Havaijilla.

S/2021 N1 on halkaisijaltaan noin 16 – 25 km ja sen kiertoaika Neptunuksen ympäri kestää 27,5 vuotta (10 036,651 vrk). Kuu S/2002 N5 on kooltaan 24 – 38 km ja sen kiertoaika on 8,6 vuotta (3156,556 vrk).

Kuiden määrä Uranuksella on nyt 28 ja Neptunuksella 16. Tulevaisuudessa tehtäneen varmasti uusia havaintoja vielä pienemmistä kuista. Nyt tehdyt löydöt ovat olleet teleskooppinen havaintokyvyn rajoilla ja ne ovat vaatineet näiltä runsaasti havaintoaikaa. Luultavasti uusien kuiden löytäminen jatkuu mutta silloin niitä täytynee etsiä nyt rakenteilla olevilla erittäin suurilla kaukoputkilla niiden valmistuttua.

 

IM-1 -luotain lähti kohti Kuuta

SpaceX Falcon 9 -raketti, joka kuljettaa Intuitive Machinesin Nova-C-kuulaskeutujaa, lähetettiin kohti Kuuta  NASA:n Kennedy Space Centerin laukaisualustalta 39A Floridassa kello 7.05 Suomen aikaa eilen torstaina (15.2.2024). Osana NASAn CLPS-ohjelmaa (Commercial Lunar Payload Services, kaupalliset Kuun hyötykuormapalvelut) ja Artemis-kampanjaa Intuitive Machinesin ensimmäinen kuulento vie Kuuhun NASAn tieteellisiä ja kaupallisia hyötykuormia tutkimaan pakokaasujen ja pinnan vuorovaikutusta, avaruussään ja kuunpinnan vuorovaikutusta, radioastronomiaa, tarkkuuslaskeutumisteknologiaa sekä viestintä- ja navigointisolmua tulevaa autonomista navigointiteknologiaa varten.

Falcon-9 kantoraketti vei IM-1 -luotaimen avaruuteen. Kuva NASA TV.

Lähdön jälkeen, noin kello 7.53 laskeutumisalus irrotettiin Falcon 9:n toisesta vaiheesta. Lennonvalvonta vahvisti, että se sai viestintäyhteyden laskeutujaan yhtiön Houstonissa sijaitsevasta operaatiokeskuksesta. Kuuluotain on vakaa ja sen sähkötuotanto aurinkokennoilla on toiminnassa.

Matkalla Kuuhun NASAn mittalaitteet mittaavat kryogeenisen polttoaineen määrää sen käytön aikana, ja laskeutuessaan kohti Kuun pintaa ne keräävät tietoja luotaimen ja pinnan vuorovaikutuksesta sekä testaavat tarkkuuslaskeutumistekniikoita.

Havainnekuva IM-1 -luotaimesta. 

Laskeutumisen jälkeen NASA:n laitteet keskittyvät havaitsemaan avaruussään ja Kuun pinnan vuorovaikutusta sekä radioastronomiaa. Nova-C-laskeutumisaluksen mukana on myös heijastimia, jotka edistävät Kuun paikannusmerkkien verkostoa viestinnän ja navigoinnin mahdollistamiseksi tulevia itsenäisiä navigointitekniikoita varten.

Laskeutumisaluksessa on muun muassa seuraavat NASA:n tieteelliset tutkimukset:

·         Lunar Node 1 Navigation Demonstrator: Pieni, CubeSat-kokoinen koelaite, joka demonstroi autonomista navigointia, jota tulevat laskeutumisalukset, maanpinnan infrastruktuuri ja astronautit voisivat käyttää, ja joka vahvistaa digitaalisesti niiden sijainnin Kuussa suhteessa muihin avaruusaluksiin, maa-asemiin tai liikkuviin kulkijoihin.

·         Laser-heijastinryhmä: Kahdeksan heijastimen muodostama kokoelma, joka mahdollistaa tarkan laserkeilauksen, jolla mitataan kiertävän tai laskeutuvan avaruusaluksen ja laskeutumisaluksen heijastimen välinen etäisyys. Joukko on passiivinen optinen instrumentti, ja se toimii pysyvänä sijaintimerkkinä Kuussa vuosikymmeniä eteenpäin.

·         Navigointidoppler Lidar tarkkaa nopeuden ja etäisyyden mittausta varten: Lidar-pohjainen (Light Detection and Ranging) ohjausjärjestelmä laskeutumista varten. Tämä laite toimii samoilla periaatteilla kuin tutka, mutta se käyttää kolmen optisen teleskoopin kautta lähetettyjä laserpulsseja. Se mittaa nopeuden, suunnan ja korkeuden suurella tarkkuudella laskeutumisen ja laskeutumisen aikana.  

·         Radiotaajuinen massamittari: teknologiaekokeilu, jolla mitataan avaruusaluksen säiliöissä olevan polttoaineen määrää matalan painovoiman avaruusympäristössä. Anturitekniikan avulla mittalaite mittaa kryogeenisen polttoaineen määrän Nova-C:n polttoaine- ja hapettimen säiliöissä ja tuottaa tietoja, joiden avulla voidaan ennustaa polttoaineen käyttöä tulevissa lennoissa.  

·         Radioaaltohavainnot Kuun pinnan fotoelektronikka: Laitteella havainnoidaan Kuun pinnan ympäristöä radiotaajuuksilla, jotta voidaan määrittää, miten pinnan lähellä tapahtuva luonnollinen ja ihmisen aiheuttama toiminta on vuorovaikutuksessa ja voi häiritä siellä tehtävää tiedettä.

·         Stereokamerat Kuun pintahavaintoja varten: neljän pienen kameran sarja, jolla otetaan kuvia, jotka osoittavat, miten Kuun pinta muuttuu avaruusaluksen pakokaasujen vuorovaikutuksesta laskeutumisen aikana ja sen jälkeen.

Intuitive Machinesin Nova-C-luokan Odysseus-kuulaskeutuja laskeutuu Kuun etelänavan alueelle lähelle Malapert A -nimellä tunnettua kraatteriin torstaina 22. helmikuuta. Tämä suhteellisen tasainen ja turvallinen alue sijaitsee muuten voimakkaasti rapautuneella eteläisellä ylängöllä Kuun Maasta näkyvällä puolella. Laskeutuminen Malapert A:n lähelle auttaa myös tehtävän suunnittelijoita ymmärtämään, miten kommunikoida ja lähettää tietoja takaisin Maahan paikasta, jossa Maa on matalalla Kuun horisontissa.

Saturnuksen Mimas-kuulla onkin valtameri jäisen pinnan alla

Tutkimustyö, jota johti tohtori Valéry Lainey Observatoire de Paris-PSL:stä ja julkaistiin Naturessa (maksumuuri), paljastaa "nuoren" valtameren, joka muodostui vain 5–15 miljoonaa vuotta sitten.

Cassini-luotain valokuvasi Mimasin myös infrapunaisen valon aallonpituuksilla. Kuvaukset paljastivat, että kuun lämpöjakauma on hyvin erikoinen. Oletuksena on vasemmassa yläkulmassa oleva kaavio lämpöjakaumasta mutta oikealla ylhäällä on se mitä todellisuudessa havaittiin. Alarivissä on vasemmalla Mimas näkyvässä valossa ja oikealla näkyvän valon ja infrapunaisen valon yhdistelmäkuva. Selittyykö lämpöjakauma valtameren olemassaololla, vai täytyykö siihen etsiä aivan uudenlainen selitys? Vastausta emme vielä tiedä. Kuva NASA/JPL.

"Mimas on pieni kuu, vain noin 396 kilometriä halkaisijaltaan, ja sen voimakkaasti kraatteroitunut pinta ei antanut minkäänlaista vihjettä alla olevasta merestä", sanoo tohtori Nick Cooper, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja kunniatutkija tähtitieteen yksikössä Lontoon Queen Mary -yliopiston fysikaalisten ja kemiallisten tieteiden korkeakoulussa. "Tämä löytö lisää Mimasin eksklusiiviseen kuiden kerhoon, joilla on sisäiset valtameret, mukaan lukien Enceladus ja Europa, mutta ainutlaatuisella erolla: sen valtameri on huomattavan nuori, ja sen arvioidaan olevan vain 5-15 miljoonaa vuotta vanha."

Nuori ikä, joka on määritetty yksityiskohtaisella analyysillä Mimasin vuorovesivuorovaikutuksista Saturnuksen kanssa, viittaa äskettäin muodostuneeseen valtamereen, joka perustuu odottamattoman epäsäännöllisyyden löytämiseen sen kiertoradalla. Tämän seurauksena Mimas tarjoaa ainutlaatuisen ikkunan valtamerten muodostumisen alkuvaiheisiin.

Havainto tehtiin analysoimalla NASAn Cassini-avaruusaluksen tietoja, joka havaitsi Saturnusta ja sen kuita yli vuosikymmenen ajan. Tutkimalla tarkasti Mimasin kiertoradan vähäisiä ​​muutoksia tutkijat pystyivät päättelemään piilotetun valtameren olemassaolon ja arvioimaan sen koon ja syvyyden.

Havainto viittaa siihen, että jopa pienet, näennäisesti passiiviset kuut voivat sisältää piilotettuja valtameriä, jotka pystyvät ylläpitämään elämän kannalta välttämättömiä olosuhteita.

Miksi sitten valtameri on nuori, sillä itse kuu on paljon vanhempi, joten valtamerenkin pitäisi olla muutamaa kymmentä miljoonaa vuotta vanhempi? Vastaus liittyy Mimasin rataan. Sen on ajateltu olleen lähes pyöreä mutta Saturnuksen kahden muun kuun, Enceladuksen ja Tethysin kanssa kieroaikaresonanssiin joutuneen Mimasin rata muuttui enemmän elliptiseksi. Pyöreällä radalla vuorovesivoiman vaikutus kuuhun oli vähäinen ja se pysyi kylmänä, jäisenä kappaleena.

Elliptisellä radalla oleva Mimas alkoi lämmetä vuorovesivoiman muuttaessa kuun ytimen muotoa jatkuvasti. Rata muutos tapahtui arviolta 50 miljoona vuotta sitten. Lämmennyt ydin sulatti sen ympärillä olevaa jäätä ja vasta muutama miljoona vuotta sitten, sula meri saavutti noin 20 – 30 km syvyyden.

Mimasin pyöriminen itsensä ympäri on synkronista sen kiertoaikaan Saturnuksen ympäri. Toisin sanoen, se kääntää aina saman puolen kohti Saturnusta, siis samaan tapaan kuin Kuu kääntää aina saman puolen kohti Maata. Mimas ei kuitenkaan aivan täydellisesti noudata suuntaustaan kohti Saturnusta, vaan sillä on sen verran suuri libraatio (asennon huojahtelu), että se ei noudata kiinteän kappaleen käyttäytymistä, vaan se selittyy nestemäisellä merellä jääpeitteen alla.

Tutkijat tekivät toisenkin simulaation Mimasin rakenteesta. Sen mukaan nykyiset ratamuutokset selittyisivät sillä, että kuun kivinen ydin olisi muodoltaan hyvin litistynyt munamainen tai lähes pannukakkumainen. Tämä ei tunnu kovinkaan järkevältä oletukselta, joten paljon parempi selitys kuun ratamuutoksille on sula valtameri jääkuoren alla.