Kaksi mustan aukon törmäystä peräkäin

Elokuun 28. päivän aamuna koettiin LIGO -observatorioissa^[1] hyvin epätavallinen tapahtuma. Kello 6.34.05 UTC aikaan havaittiin kahden mustan aukon sulautumisessa syntyneet gravitaatioaallot. Tapahtuma sai tunnuksekseen S190828j. Eipä tässä sen kummempaa, näitä mustien aukkojen keskinäisiä sulautumisia on havaittu jo koko joukko keväällä uudelleen käyttöönotetuissa LIGO-observatorioissa.

LIGO-Observatorioiden tuottama animaatio kauden O2 havainnoista. Credit: Teresita Ramirez / Geoffrey Lovelace / SXS Collaboration / LIGO Virgo Collaboration.

Epätavalliseksi tilanteen tekee se, että 21 minuuttia myöhemmin, kello 6.55.09 UTC havaittiin jälleen gravitaatioaaltoja, joiden tunnukseksi tuli S190828l. Koskaan aikaisemmin näin peräkkäisiä tapahtumia ei ole havaittu. Havainto muuttui vielä kummallisemmaksi, sillä paikanmääritys osoitti niiden tulevan vielä samalta taivaan alueelta. Paikanmääritystä helpotti se, että gravitaatioaallot havaittiin kaikilla kolmella käytössä olevalla LIGO-observatoriossa.

perättäisten gravitaatioita synnyttäneiden tapahtumien vieläpä samalla taivaan alueella sai tutkijat miettimään mahdollisuutta, että kyse olisikin samalta tapahtumasta. Jos näin olisi, niin silloin jokin gravitaatiolinssi olisi täytynyt taivuttaa gravitaatioaaltojen kulkureittejä ja toinen olisi tuon 21 minuuttia pitempi reitti. Aaltohavainnot eivät kuitenkaan olleet identtisiä, joten tämä mahdollisuus karsiutui hyvin nopeasti pois. Kyseessä oli siis vain hieman epätavallinen sattuma.

Mustien aukkojen törmäysten etäisyydet vaihtelivat hieman. S190828j:n etäisyydeksi määritettiin 1738 –2815 Mpc (5,6 – 9,2 miljardia valovuotta) ja S190828l:n etäisyys oli 1186 –2036 Mpc (3,8 –6,6 miljardia valovuotta). Kummastakaan tapahtumasta ei havaittu optisilla aallonpituuksilla näkynyttä leimahdusta. Tällaista leimahdusta ei pitäisi tullakaan, sillä kyseessä kummassakin tapauksessa oli kahden musta aukon törmäys ja sulautuminen isommiksi mustiksi aukoiksi.

LIGO-observatoriot otettiin käyttöön huhtikuun^[2] 1. päivänä. Havaintojakso on nimetty lyhenteellä O3.  Aikaisemmat ovat O2 ja O1. Havaintokaudella O3 on havaittu kaikkiaan 20 mustien aukkojen yhdistymistä, kaksi kahden neutronitähden törmäystä ja yksi neutronitähden ja musta aukon törmäys. Näistä havainnoista on saatavissa jonkin verran esitietoja mutta lopullisia tutkimustuloksia joudutaan vielä odottelemaan. O2 kauden tutkimustuloksia on julkaistu jo runsaasti.

Huomautukset

[1] LIGO-observatoriot ovat: LIGO Hanford (USA), LIGO Livingston (USA) ja LIGO Virgo (Italia).

[2] LIGO-observatoriot olivat pitkällä huoltotauolla, jonka aikana niiden laitteiden herkkyyttä ja erottelukykyä parannettiin uusilla teknisillä ja ohjelmallisilla menetelmillä.

Kirjauutuus: Kosminen pimeys väistyy

Markus Hotakainen

Kosminen pimeys väistyy – Maailmankaikkeuden arvoituksia

Kustannusosakeyhtiö Otava 2019

ISBN 978-951-1-33144-5

Sidottu 287 sivua.

Markus Hotakaisen esittelyä tuskin tarvitaan, sillä tähtitieteen populaarikirjallisuutta ja Tähdet ja Avaruus -lehteä lukevat kyllä tunnistavat kirjoittajan hänen monista aikaisemmista teoksistaan ja lehtiartikkeleistaan. Niinpä otinkin hänen tuoreimman, Otavan julkaiseman Kosminen pimeys väistyy -teoksen hyvin mielelläni lähempään tarkasteluun.

Kirjan rakenne on perinteinen kertomus maailmankuvan kehittymisestä tutkimuksen avulla muinaisuudesta nykypäivään ja hieman tulevaisuuteenkin. Tarinan kehittely on järkevää, sillä mitä lähemmäksi nykypäivää kirjassa tullaan, sitä monipolvisemmaksi maailmankuvamme muuttuu. Hotakainen joutuu ottamaan välillä pienen takaumankin, jotta uudet tutkimukset voisi tuoda esille.

Kirjan kertomus (siitä tässä on todella kyse) lähtee siis liikkeelle muinaisista akkadilaisista Mesopotamiassa. Siitä siirrytään nopeasti Eurooppaan ja kaukoputken keksimiseen. Kaukoputkia oli ratkaiseva askel myös Galileo Galileille, sillä hän teki monia merkittäviä havaintoja, jotka muokkasivat maailmankuvaamme perusteellisesti. Itse asiassa Galileo loi tieteessä edelleen käytettävän metodin, joka perustuu havaintoihin vahvistettuna tieteellisillä teorioilla.

Galileon jälkeen tarina jatkuu edelleen pitkälti kaukoputken kehittämisen myötä. Pian tullaankin viimevuosisadan alkuun ja sen merkittäviin havaitsijoihin, löytöihin ja teorioihin. Luonnollisesti Albert Einstein kumppaneineen tässä kohtaa kirjaa on merkittävässä roolissa. Mutta tarina jatkuu ja pian päästäänkin maailmankaikkeuden synnyn äärelle. Hotakainen on hyvinkin ajan tasalla ja hän kertoo mielenkiintoisesti maailmankuvan muuttumisesta, olipa kyse alkuräjähdyksestä tai maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta.

Kirjan loppuosa on sitten omistettu pohdintoihin mahdollisista avaruuden muukalaisista sekä maailmankaikkeuden itsensä kohtalosta.

Hotakaisen teksti on helppoa luettavaa. Hän tarinoi ja rupattelee keskittyneesti ja ymmärrettävästi niin, että maallikkokin ymmärtää mistä on kysymys. Kirjoittaja ei sorru kovinkaan yksityiskohtaiseen piperrykseen jopa maailmankaikkeuden vaikeimpien kysymysten äärellä, tässä kohtaa Hotakaisen kokemus tähtitieteen popularisoijana tulee vahvasti esille.

Mielestäni kirja sopii jokaiselle tähtitieteestä ja tieteellisestä maailmankuvastamme ja sen kehittymisestä kiinnostuneille riippumatta siitä, kuinka vahva kokemus ja tieto lukijalla on. Kirjan voi antaa huoletta alle kymmenvuotiaan luettavaksi ja siitä saa paljon irti myös alan ammattilaiset, joiden työtehtävät saattavat rajoittaa merkittävästi yleiskäsityksen luomista tai se on jopa vanhentunut nopean kehityksen myötä.

Kari A. Kuure

Ei nopeaa kääntymistä maapallon magneettikentässä

Kuten on hyvin tunnettua, maapallon magneettikentän suunta kääntyy päinvastaiseksi silloin tällöin. Paleomagneettisilla tutkimuksilla on onnistuttu selvittämään, että suunnan muutos on tapahtunut viimeisen 330 miljoonan vuoden aikana noin 400 kertaa. Tämä tarkoittaa, että kentän suunta vaihtuisi noin 700 000 vuoden välein.

Maan magneettikentä simuloitu malli. Kuva Wikimedia Commons.

Edellisestä suunnan vaihtumisesta, joka tunnetaan Matuyama-Brunhes -tapahtumana, on kulunut aikaa jo 773 000 vuotta. Tästä syystä on syntynyt käsitys, että kentän suunta olisi pitänyt jo kääntyä. Käsitys väärä, sillä tarkasteluna ajanjaksona magneettikentän suunta on pysytellyt nykyisen kaltaisena hyvin eri mittaisia kausia (0,1 – 50 miljoonaan vuotta), joten tarkkaa seuraavan suunnanmuutoksen ajankohtaa ei pystytä ennustamaan. Noin 41 000 vuotta sitten tapahtui Laschamp-tapahtumana tunnettu osittainen polariteetin vaihtuminen mutta se oli epätäydellinen, eikä muuttanut nykyisen kentän suuntaa.

Maapallon magneettikenttä syntyy planeettamme ulkoytimessä, joka on sulassa tilassa olevaa ₃O₄). Tämän sulan aineksen metallipitoisuus on hyvin suuri, joten se johtaa sähkövirtaa erinomaisesti. Dynamoteorian mukaan tällaisessa olosuhteissa oleva johtava materiaali synnyttää itse tarvittavan sähkövirran ja siitä riippuvan magneettikentän.

Maan magneettikentä suunnan muutokset
isossa aikaskaalassa. Mustat alueet ovat
nykyisen magneettikentän suuntaisia.
Kuva Wikimedia Commons.

metallipitoista laavaa (sisältäen rautaoksideja kuten magnetiittia Fe

Kentän suunnan vaihtumisen mekanismin syntyä ei tunneta, mutta se ei varsinaisesti voi olla aiheutunut sulan ytimen pyörimisliikkeessä tapahtuvista muutoksista. Osittaiset polariteettin muutokset voisivat kylläkin selittyä paikallisten pyörteiden synnyttämillä kentillä. Magneettikentän voimakkuuden vaihtelusta ei pystytä tekemään pidemmälle meneviä päätelmiä, sillä kentän voimakkuus näyttää vaihtelevan lähes kaoottisesti (heteroskedastinen heilahtelu), eikä sitäkään pystytä ennustamaan.

Maapallon magneettikentän suuntaa ja voimakkuutta voidaan tutkia esimerkiksi meren pohjaan laskeutuvasta sedimenteistä. Magneettiset mineraalit sedimentoituessaan asettuvat vallitsevan magneettikentän suuntaisesti. Sama tapahtuu tulivuoresta valuvalle laavalle sen jähmettyessä. Näin erilaisiin kerrostumiin eri aikoina jää näytteitä magneettikentän suunnasta. Meressä tapahtuva sedimentaatio on jatkuvaa mutta sen tarkkuus ei ole kovinkaan hyvä monista tarkkuutta heikentävistä prosesseista johtuen. Tulivuorten jähmettynyt laavakivi antaa tarkempia tuloksia, mutta koska purkaukset eivät ole jatkuvia, näytteitä saadaan vain pisteittäin niin paikassa kuin ajassakin. Yhdistämällä nämä tiedot, saadaan kuitenkin varsin luetettava kuva tapahtumista pitkien aikojen kuluessa.

Magneettikentän suunnan muuttuminen on vielä kokonaisuutenaan hyvin epäselvä. Magneettikentän voimakkuus heikkenee ennen suunnanmuuttumista. Sen jälkeen kenttään alkaa syntyä vallitsevan kentän suunnan vastaisia paikallisia napoja muutoksen edetessä. Magneettikenttä on hyvin kaoottisessa tilassa, kunnes se alkaa vähetä ja vastakkainen kentän suunta vahvistua. Aikaa tähän kehitykseen kuluu vallitsevan käsityksen mukaan noin 1 000 – 8 000 vuotta.

Tuoreen tutkimuksen ^[1] mukaan edellä kuvattu prosessi on ollut viimeisen suunnanvaihdon yhteydessä pidempi kuin mitä aikaisemmin on ajateltu. Ennen varsinaista suunnan vaihtumista epävakaa tilanne on ollut noin 18 000 vuotta pitkä ja itse suunnan vaihtuminen on ottanut aikaa noin 4 000 vuotta. Matuyama-Brunhes -tapahtuma alkoi tutkimuksen mukaan noin 780 000 vuotta sitten

Magneettikentän suunnan muuttumisella olisi nyky-yhteiskunnalle merkittäviä seurauksia, jos se tapahtuisi nopeasti ns. ”yön yli”. Nopeasta muutoksesta voisi olla seurauksena mm. GPS-järjestelmän sekoaminen ja sitä seuraisi täydellinen kaaos. Kun kentän suunnan muutos on hyvin hidas prosessi, tästä syystä syntyvästä yhteiskunnallisesta kaaoksesta ei ole pelkoa ja muihinkin ongelmiin pystytään löytämään sopivat tekniset ratkaisut.

Huomautus

[1]     Brad S. Singer1, Brian R. Jicha, Nobutatsu Mochizuki and Robert S. Coe: Synchronizing volcanic, sedimentary, and ice core records of Earth’s last magnetic polarity reversal. Science Advances  07 Aug 2019: Vol. 5, no. 8, eaaw4621, DOI: 10.1126/sciadv.aaw4621, https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw4621.

Kirjauutuus: Astrobiologia

Kirsi Lehto

Astrobiologia – Elämän edellytyksiä etsimässä

Ursa 2019

ISBN 978-952-5985-66-5

Viimevuosina Marsia tai eksoplaneettoja koskettelevissa tutkimusuutisissa on säännönmukaisesti yleensä viitattu tai arvioitu elämän esiintymistä planeetalla. Itse uutisessa ei useinkaan ole tuotu esille sellaisia havaintoja, jotka viittaisivat elämän esiintymiseen tutkimuskohteessa. Elämän mahdollisuuteen viittaamalla pyritään saamaan muutoin niin pitkästyttävän kuivasta raportista trendikäs ja mielenkiintoinen uutinen. Kyse on astrobiologian viime vuosien kokemasta noususta trendikkääksi tutkimus- ja ennen kaikkea uutisaiheeksi.

Mitä sitten astrobiologia oikeastaan on? Astrobiologian tutkija Kirsi Lehto (Turun yliopisto) on tarttunut aiheeseen ja kirjoittanut kirjan Astrobiologia, jossa hän selventää tutkimuksen perusperiaatteita ja erityisesti päivittää lukijoittensa tiedot siitä, mitä elämän synnystä tiedetään. Kyse ei kuitenkaan ole astrobiologian oppikirjasta vaan kiehtovasti kerrotusta elämän tarinasta maapallolla sellaisena ja siinä määrin kuin siitä nykyisin tiedetään. Kyseessä ei siis ole koko totuus asiasta, sillä aiheen tutkimus on oikeastaan vasta alussa ja monia yksityiskohtia on vielä selitystä tai kuvausta vailla.

Kirsi Lehdon lähtökohtana on siis selventää niitä astrobiologian ongelmakohtia, joihin tutkijat törmäävät omissa tutkimuksissaan. Koska tunnemme vain yhden elämän synnyn (omamme), on luonnollista ottaa se käsittelyyn niin tarkasti kuin se tämän tyyppisessä kirjassa on mahdollista. Lehto kuljettaa lukijansa läpi vuosimiljardien aina maapallon synnystä alkaen ja päätyen tähän päivään ja ehkä hieman viitaten myös tulevaan.

Matka on kiehtova, kirjaa lukiessa voi melkein nähdä kemiallisen evoluution käynnistyvä, aminohappojen syntyvän ja niiden muodostuvan ensin RNA-ketjuksi ja myöhemmin DNAksi. Matkan aikana syntyvät ensimmäiset solut, joista myöhemmin tulee monisoluisia alkeellisia eliöitä, alkeellista elämään ja kuinka se vaikuttaa maapallon ilmakehään ja ilmastoon. Matka on pitkä ja hidas kunnes muutama sata miljoona vuotta sitten tapahtui jotakin, joka suorastaan räjäytti evoluution ja elämän valtasi maapallon mitä moninaisemmissa muodoissaan.

Kirjassa pohditaan ja viitataan myös eksoplaneettojen ja avaruuden muukalaisten mahdolliseen olemassaoloon. Jos saisimme viestin avaruudesta, olisiko siihen järkevää vastata vai olla hyvin hiljaa? Vastausta kysymykseen Lehto ei anna, pohtii vain. Mutta miksi emme ole tällaista viestiä vastaanottaneet? Vai onko niin, että emme yksinkertaisesti tunnista toisenlaista elämänmuotoa elämäksi, tai avaruuden muukalaiset eivät ole kiinnostuneet kommunikoimaan muiden mahdollisten teknisten kulttuurien kanssa. Lehto ei kirjassaan kovinkaan paljo näille kysymyksille tilaa anna, kunhan vain hieman viittaa näihin avoimiin kysymyksiin. Vai olemmeko sittenkin yksin tai ensimmäiset?

Astrobiologia kirja on kiinnostavaa luettavaa niin laiturin nokassa tai riippumatossa luettavaksi.

Kari A. Kuure

Superflare Auringossa on mahdollinen

.. vaikkakaan ei kovin todennäköinen. Pienilläkin todennäköisyyksillä on ikävä taipumus toteutua, jos aikaa on käytettävissä. Ja Auringon tapauksessa aikaa on, eli ihmiskunnan pitäisi ottaa superflaren mahdollisuus huomioon rakentaessaan infrastruktuuriaan.

Tämä flare ei ole superia, mutta tavaomaisenakin tällainen
vaikuttaa maapallon avaruussäähän merkittävästi.
Kuva NASA/SDO

Superflareja tapahtuu hyvin säännöllisesti nopeasti pyörivillä, nuorilla tähdillä, joiden magneettinen dynamo toimii voimakkaasti. Sen sijaan vanhoilla, hitaasti pyörivillä tähdillä, kuten Auringolla, superflareja esiintyy merkittävästi vähemmän, jopa niin paljon vähemmän, että jotkut tutkijat pitävät mahdollisuutta hyvin lähellä nollaa.

Uusin tutkimus aiheesta tulee Yatan yliopistosta, jossa Yuta Noitsun johtama tutkimusryhmä on selvitellyt superflarien esiintymistä juuri Auringon kaltaisilla tähdillä. Kepler-avaruuskaukoputken aineistosta on havaittu superflarien tapahtuvan suhteellisen säännöllisesti myös G-spektriluokan tähdillä, joskin paljon harvemmin kuin nuorilla tähdillä. Aineiston analysoinnissa käytettiin myös Gaia-avaruuskaukoputken ja Apache Pointin observatorion kokoamia havaintoja. Kaikkiaan superflareja havaittiin noin tuhat noin 300 Auringon kaltaisella tähdellä.

Aineisto on vielä tässä vaiheessa liian suppea varmojen päätelmien tekemiseen. Noitsu kuitenkin arvioi, että Auringossa superflare voisi tapahtua noin kerran tuhannessa vuodessa. Superflaren vaikutukset ulottuisivat Maahan noin 30 – 50 prosentissa tapauksista riippuen hieman siitä, mistä vaikutuksista on kyse. Näin ollen voitaneen olettaa, että merkittäviä tuhoja nykytekniikalle (sähköverkko, tietoliikenne niin maanpinnalla kuin avaruudessa, kaasu- ja öljyputkistot jne.) aiheutuisi vähintäänkin kerran 10 000 vuodessa. Useampikin kerta voisi olla mahdollista.

Superflare ei Auringossakaan ole aivan tuntematon ilmiö. Vuonna 1859 Carrington-ilmiön aikaansaama magneettinen myrsky rampautti sen aikaista tietotekniikkaa, eli lennätin linjoja kaikkialla pohjoisella pallonpuoliskolla missä niitä oli käytössä. Revontulia nähtiin parin vuorokauden aikana hyvinkin etelässä, kuten Havaijilla ja Kuubassa.

Carrington-ilmiö ei kuitenkaan ollut supreflarien huippua, vaan ehkä keskinkertainen. Todellinen superflare voisi olla voimakkuudeltaan kymmenen- tai satakertainen. Säilyneistä historiallisista kirjoituksista on luettavissa merkillisistä tapahtumista, jotka nykytietämyksen valossa voisivat olla voimakkaiden supreflare-purkausten aiheuttamia. Jos näin on, niin silloin ihmiskunnan tunnetun historian aikana superflare on iskenyt maapallolle vähintäänkin puolenkymmentä kertaa. Tällöin voidaan odottaa superflaren esiintyvän kerran tuhannessa vuodessa.

Aiheesta lisää 

http://avaruusmagasiini.blogspot.com/2014/05/auringossa-piilee-vaara.html

http://avaruusmagasiini.blogspot.com/2018/02/proxima-centaurissa-valtava-flare.html