Varhaisesta maailmankaikkeudesta löytyi yllätys

Leidenin yliopiston observatoriossa (Alankomaat) opiskeleva Lucie E. Rowlandin johtamat tutkimusryhmä on tehnyt erikoisen löydön hyvin varhaisesta maailmankaikkeudesta – täysin kehittyneen ja Linnunradan kaltaisen galaksin.

REBELS-25:ksi kutsuttu galaksi näyttää yhtä järjestäytyneeltä spiraaligalaksilta kuin nykyiset galaksit, mutta näemme sen sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain 700 miljoonaa vuotta vanha. Tämä on yllättävää, sillä nykyisten galaksien muodostumista koskevien käsitystemme mukaan tällaisten varhaisten galaksien odotetaan olevan kaoottisempia. REBELS-25:n pyöriminen ja rakenne havaittiin Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskooppiverkoston avulla, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana yhteistyökumppanina.

Kuvassa näkyy galaksi REBELS-25 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) -teleskooppiverkoston havaitsemana, ja kuvan päälle on asetettu infrapunakuva muista tähdistä ja galakseista. Infrapunakuvan on ottanut ESO:n VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy). Tutkijat löysivät uudessa tutkimuksessa todisteita siitä, että REBELS-25 on selvästi pyörivä kiekkomainen galaksi, joka on havaittu vain 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä tekee siitä kaukaisimman ja varhaisimman tähän mennessä löydetyn Linnunradan kaltaisen galaksin.

Kuva ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland et al./ESO/J. Dunlop et al. Ack.: CASU, CALET.

 

Nykyään näkemämme galaksit ovat muuttuneet paljon alkuperäisistä kaoottisista, ja eri osista koostuneista galakseista, joita tähtitieteilijät yleensä havaitsevat maailmankaikkeuden varhaisessa vaiheessa. "Galaksien muodostumista koskevan käsityksemme mukaan odotamme, että useimmat varhaiset galaksit olisivat pieniä ja sotkuisen näköisiä", sanoi Jacqueline Hodge, Alankomaiden Leidenin yliopiston tähtitieteilijä ja yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Nämä sotkuiset, varhaiset galaksit sulautuvat toisiinsa ja kehittyvät tasaisemmiksi uskomattoman pitkän ajan kuluessa. Nykyisten teorioiden mukaan on kulunut miljardeja vuosia ennen kuin galaksista on tullut yhtä järjestäytynyt kuin oma Linnunratamme, jossa on pyörivä kiekko ja spiraalihaarojen kaltaisia selkeitä rakenteita. REBELS-25:n havainto kuitenkin kyseenalaistaa tämän aikakäsityksen.

Tutkimuksessa, joka on hyväksytty julkaistavaksi Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä, tähtitieteilijät havaitsivat, että REBELS-25 on kaukaisin koskaan löydetty selkeästi pyörivä kiekkomainen galaksi. Tästä galaksista meille saapuva valo on lähtenyt liikkeelle maailmankaikkeuden ollessa vain 700 miljoonan vuoden ikäinen, joka on vain viisi prosenttia maailmankaikkeuden nykyisestä 13,8 miljardin vuoden iästä. Siten REBELS-25:n selkeä pyöriminen oli odottamatonta. "Kun näemme galaksin, jolla on näin paljon yhtäläisyyksiä oman Linnunratamme kanssa ja jota pyöriminen dominoi, kyseenalaistaa käsityksemme siitä, miten nopeasti varhaisen maailmankaikkeuden galaksit kehittyivät nykyään havaittaviksi järjestäytyneiksi galakseiksi", sanoi Leidenin yliopiston tohtorikoulutettava ja tutkimuksen pääkirjoittaja Lucie Rowland.

Sama tutkimusryhmä havaitsi REBELS-25:n alun perin jo aiemmissa havainnoissa, jotka tehtiin myös Chilen Atacaman autiomaassa sijaitsevalla ALMA:lla. Tuolloin se oli jännittävä löytö, sillä siinä oli viitteitä galaksin pyörimisestä, mutta datan resoluutio ei ollut riittävän hyvä, jotta havainto olisi ollut varma. Jotta galaksin rakenteesta ja liikkeestä saataisiin enemmän tietoa, tutkimusryhmä teki ALMA:lla jatkohavaintoja korkeammalla resoluutiolla, mikä vahvisti galaksin ennätyksen olevan totta. "ALMA on ainoa olemassa oleva teleskooppi, jonka herkkyys ja resoluutio riittävät tähän", sanoi Renske Smit, brittiläisen Liverpool John Mooresin -yliopiston tutkija ja yksi tutkimuksen yksi kirjoittajista.

Yllättäen havainnot antoivat vihjeitä myös kehittyneemmistä piirteistä, jotka muistuttivat Linnunradan piirteitä. Näitä ovat sen keskellä oleva sauvarakenne ja jopa spiraalihaarat, vaikka tämän vahvistamiseksi tarvitaankin lisää havaintoja. "Lisätodisteiden löytäminen kehittyneemmistä rakenteista olisi jännittävää, sillä se olisi kaukaisin galaksi, jossa tällaisia rakenteita on tähän mennessä havaittu", Rowland sanoi. 

Tulevat REBELS-25:n havainnot muiden löydettävien varhaisten pyörivien galaksien kanssa voivat muuttaa käsitystämme galaksien varhaisesta muodostumisesta ja koko maailmankaikkeuden kehityksestä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa nimeltään “REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z=7.31”, joka julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä.

 

 

Tutkijat ovat löytäneet Barnadin tähden kiertoradalta eksoplaneetan

Tähtitieteilijät ovat löytäneet Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin (ESO:n VLT) avulla eksoplaneetan, joka kiertää Barnardin tähteä ^[3]. Nyt löydetyn eksoplaneetan massa on vähintään puolet Venuksen massasta, ja vuosi kestää vain hieman yli kolme Maan vuorokautta. Tutkimusryhmän havainnot antavat myös vihjeitä kolmen muun eksoplaneetan olemassaololle, jotka kiertävät tähteä omilla radoillaan.

Tässä taiteilijan tekemässä kuvassa näkyy Barnard b, eli Barnardin tähteä kiertävä Maata pienempimassainen planeetta, joka on juuri löydetty. Siihen liittyvä havainto tehtiin ESO:n VLT-teleskoopin ESPRESSO-instrumentilla, ja tähtitieteilijät pystyivät vahvistamaan sen olemassaolon muiden instrumenttien tiedoilla. Aiempaa vuonna 2018 tehtyä lupaavaa havaintoa saman tähden kiertoradalla olevasta planeetasta ei voitu vahvistaa. Tämän juuri löydetyn eksoplaneetan massa on vähintään puolet Venuksen massasta, mutta se on liian kuuma nestemäisen veden ylläpitämiseen. Planeetan vuosi kestää vain hieman yli kolme Maan vuorokautta.

Kuva ESO/M. Kornmesser.

Barnardin tähti sijaitsee vain kuuden valovuoden etäisyydellä meistä, ja se on toiseksi lähin tähtijärjestelmä Alfa Kentaurin kolmoistähtijärjestelmän jälkeen. Se on meitä lähin yksittäinen tähti. Läheisyytensä vuoksi se on ensisijainen kohde Maan kaltaisten eksoplaneettojen etsinnässä. Vuonna 2018 tehdystä lupaavasta havainnosta huolimatta Barnardin tähteä kiertävää planeettaa ei tähän mennessä oltu vahvistettu.

Tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistussa artikkelissa kerrotun uuden eksoplaneetan löytyminen on viimeisten viiden vuoden aikana Paranalin observatoriossa Chilessä sijaitsevalla ESO:n VLT-observatoriolla tehtyjen havaintojen tulos. ”Vaikka tämä kesti kauan, olimme koko ajan varmoja, että voisimme löytää jotain”, sanoi Jonay González Hernández, espanjalaisen Instituto de Astrofísica de Canarias -instituutin tutkija ja artikkelin pääkirjoittaja. Tutkimusryhmä etsi signaaleja mahdollisista eksoplaneetoista, jotka sijaitsevat Barnardin tähden elinkelpoisella tai lauhkealla vyöhykkeellä, joka on alue, jossa planeetan pinnalla voi olla nestemäistä vettä. Tähtitieteilijät tutkivat usein Barnardin tähden kaltaisia punaisia kääpiötähtiä, koska niissä pienimassaisten kiviplaneettojen löytäminen on helpompaa kuin isompien Auringon kaltaisten tähtien ympäriltä ^[1].

Barnard b ^[2] kiertoradan keskietäisyys on alle 3 miljoona km etäisyydellä tähdestään. Etäisyys vastaa vain 1/20 Merkuriuksen etäisyydestä Aurinkoon. Planeetta kiertää tähden ympäri 3,15 Maan vuorokaudessa, ja sen pintalämpötila on noin 125 °C. ”Barnard b on yksi pienimassaisimmista tunnetuista eksoplaneetoista, ja se on yksi harvoista tunnetuista, joiden massa on Maan massaa pienempi. Planeetta on kuitenkin liian lähellä tähteä, ja sijaitsee elinkelpoista vyöhykettä lähempänä”, González Hernández kertoi. ”Vaikka Barnadin tähti on noin 2 500 astetta Aurinkoamme viileämpi, planeetalla on liian kuumaa, jotta pinnalla voisi olla nestemäistä vettä”.

Tässä tähtikartassa on Käärmeenkantajan tähdistö, joka sijaitsee taivaan päiväntasaajan toisella puolella. Kartassa Barnardin tähden sijainti on merkitty, ja siinä näkyy suurin osa tähdistä, jotka näkyvät paljain silmin kirkkaana pimeänä yönä. 

Kuva ESO, IAU and Sky & Telescope.

Ryhmä käytti havainnoissa ESPRESSOa, erittäin tarkkaa laitetta, joka on suunniteltu havaitsemaan yhden tai useamman planeetan painovoiman aiheuttamat häiriöt, jotka näkyvät tähden heilahteluna. Havaintojen tulokset vahvistettiin myös muilla eksoplaneettojen etsimiseen erikoistuneilla instrumenteilla: ESO:n La Sillan observatoriossa sijaitsevalla HARPS:illa , HARPS-N:llä ja CARMENES:illa. Uudet tiedot eivät kuitenkaan anna todisteita vuonna 2018 raportoidun eksoplaneetan olemassaololle.

Nyt varmennetun planeetan lisäksi kansainvälinen ryhmä löysi vihjeitä myös kolmesta muusta eksoplaneettakandidaatista, jotka kiertävät Barnadin tähteä. Näiden ehdokkaiden vahvistaminen edellyttää kuitenkin lisähavaintoja ESPRESSO:lla. ”Meidän on nyt jatkettava tähden havaitsemista vahvistaaksemme muiden ehdokkaiden signaalit”, sanoi Alejandro Suárez Mascareño, tutkija, joka työskentelee myös Instituto de Astrofísica de Canarias -laitoksessa ja on yksi tutkimuksen kirjoittajista. ”Mutta tämän planeetan löytyminen yhdessä muiden aiempien löytöjen, kuten Proxima b:n ja d:n, kanssa osoittaa, että kosminen takapihamme on täynnä pienimassaisia planeettoja”.

ESO:n rakenteilla oleva ELT (Extremely Large Telescope) tulee muuttamaan eksoplaneettojen tutkimusta. ELT:n ANDES-instrumentin avulla tutkijat pystyvät havaitsemaan enemmän näitä lähitähtien lauhkealla vyöhykkeellä sijaitsevia pieniä kiviplaneettoja, jotka ovat nykyisten teleskooppien havaintojen ulottumattomissa. ELT:n avulla pystytään tutkimaan myös niiden ilmakehän koostumusta.

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa nimeltään “A sub-Earth-mass planet orbiting Barnard’s star”, joka julkaistaan Astronomy & Astrophysics -lehdessä (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202451311).

 

Huomautukset

[1] Tähtitieteilijät havaitsevat viileitä tähtiä, kuten punaisia kääpiöitä, koska niissä lauhkean lämpötilan alue on paljon lähempänä tähteä kuin kuumemmilla tähdillä, kuten Auringolla. Siten niiden tapauksessa lauhkealla vyöhykkeellä kiertävien planeettojen kiertoaika tähden ympäri on lyhyempi, jolloin tähtitieteilijät voivat seurata niitä useiden päivien tai viikkojen ajan vuosien sijaan. Lisäksi punaiset kääpiöt ovat paljon vähemmän massiivisia kuin Aurinko, joten niitä ympäröivien planeettojen gravitaatio häiritsee niitä enemmän, ja ne heilahtelevat siten enemmän.

[2] Tähtitieteessä eksoplaneetat nimetään yleensä niiden päätähden nimellä, johon on lisätty pieni kirjain, jolloin ”b” tarkoittaa ensimmäistä tunnettua planeettaa, ”c” seuraavaa ja niin edelleen. Barnard b -nimi annettiin siis myös Barnardin tähden aiemmin epäillylle planeettaehdokkaalle, jonka olemassaoloa tutkijat eivät pystyneet varmistamaan.

[3] Barnadin tähti sijaitsee Käärmeenkantajassa, noin 6 valovuoden etäisyydellä. Se on pieni punainen kääpiötähti, jonka visuaalinen kirkkaus on vain m_v= 9,53. Huomion tähteen kiinnitti Edward Emerson Barnad vuona 1916 sen suuren ominaisliikkeen (10,4” vuodessa) vuoksi. Suuri ominaisliike johtuu siitä, että tähti lähestyy Aurinkokuntaamme 139 km/s nopeudella. Lähimmillään se on vuoden  11 800 aikoihin, jolloin sen etäisyys on vain 3,8 valovuotta.

Barnadin tähden pintalämpötila on noin 3 170 K, luminositeetti 0,0035 L_☉ ja halkaisija vain noin 20 % Auringon halkaisijasta (noin 280 000 km). Vaikka tähti pyörähtää itsensä ympäri hitaasti, yksi kierros kestää noin 130 vuorokautta, niin tähdellä on magneettikenttä. Sillä esiintyy pilkkuja ja flarepurkauksia, joiden aiheuttamien kirkkauden muutosten vuoksi tähti on luokiteltu muuttujaksi ja se tunnetaan merkinnällä V2500 Ophiuchi. Erittäin voimakas flarepurkaus havaittiin vuonna 1998, jolloin purkauksen lämpötilaksi määriteltiin noin 8 000 K. Suhteellisen voimakkaiden flarepurkausten esiintyminen punaisissa kääpiötähdissä on hyvin yleistä. Flarepurkauksista johtuen punaisten tähtien elokehällä olevien planeettojen elämän esiintymisen mahdollisuuksia pidetään pieninä tai jopa mahdottomana.

Komeetta tulee

Komeetta C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS) on ollut viime päivinä hankalasti havaittavissa, sillä sen kirkastuminen ei ole edennyt odotusten mukaisesti. Syyskuun 27. päivänä 2024, komeetta ohitti perihelinsä, mutta sen havaitseminen on ollut haastavaa Auringon läheisyyden vuoksi. Joitain havaintoja on kuitenkin tehty, mutta kirkkauden arviointi on ollut vaikeaa Auringon häikäisyn vuoksi. Havaintojen mukaan komeetan ydin saattaa olla hajonnut, mikä voi vaikuttaa sen tulevaan näkyvyyteen​.

Havainnekuva siitä, miltä komeetta C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS) voisi näyttää Suomessa lokakuun puolivälissä, jos kirkastuminen tapahtuisi kaikkein hurjimpien ennusteiden mukaisesti.

Lokakuussa komeetta siirtyy paremmin havaittavaksi illalla Suomen taivaalla. Parhaimmillaan se saattaa saavuttaa kirkkauden, joka tekee siitä näkyvän paljain silmin, mutta todennäköisesti kiikarit tai kaukoputki ovat tarpeen. Komeetta nousee korkeammalle iltataivaalle noin 13. – 14. lokakuuta lähtien, ja sitä kannattaa etsiä länsitaivaalta auringonlaskun jälkeen​.

Komeetan arvioidaan olevan peräisin kaukaisesta Oortin pilvestä. C/2023 A3:n kiertoaika Auringon ympäri on noin 80 660 vuotta, mikä tekee siitä erittäin pitkäperiodisen komeetan. Saattaa olla, että komeetta onkin ensimmäisellä vierailullaan Aurinkokunnan sisäosissa. Tämä tarkoittaa, että sen alkuperä on todennäköisesti hyvin kaukana Aurinkokunnassa, Oortin pilvessä. Monet muut komeetat kiertävät Aurinkoa huomattavasti nopeammin, esimerkiksi Halley vain noin 76 vuoden välein.

​Komeetta on siis erittäin pitkäomaisella radalla. Se ei ole kuitenkaan auringonhipoja (engl. sungrazer), mikä erottaa sen merkittävästi joistakin muista Oortin pilvestä tulevista komeetoista. Auringonhipojien radat vievät ne erittäin lähelle Aurinkoa, joskus jopa muutaman tuhannen kilometrin etäisyydelle sen pinnasta, mikä voi johtaa komeetan hajoamiseen voimakkaan lämmön ja vuorovesivoimien vuoksi.

C/2023 A3:n perihelin etäisyys Auringosta on noin 58 miljoonaa kilometriä (0,39 AU), mikä on huomattavasti kauempana kuin esimerkiksi auringonhipojilla. Tämä myös tekee sen radasta vähemmän dramaattisen kuin esimerkiksi Kreutzin ryhmän komeetoilla, jotka ovat tunnetuimpia auringonhipojia.

​Komeetta C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS) on lähimpänä Maata 13. lokakuuta 2024. Tällöin etäisyys Maahan on noin 70 miljoonaa kilometriä (0,46 AU). Tämä ajankohta tarjoaa parhaan mahdollisuuden komeetan havaitsemiseen, sillä silloin se on nousemassa korkeammalle iltataivaalla ja kirkkauden ennustetaan olevan suurimmillaan. Vaikka perihelin ohitus oli jo syyskuun lopulla, komeetan näkyvyys paranee, kun se liikkuu pois Auringon häikäisystä ja kohti Maan suuntaa.

Jos komeetan kirkkaus kasvaa ennusteiden mukaisesti tai jopa hieman niitä kirkkaammaksi, komeetta pitäisi olla helppo havaintokohde paljain silmin. Luonnollisesti kiikari tai kaukoputki helpottaa komeetan näkymistä, jos kirkkaus on juuri ja juuri kirkkaampi kuin taustataivas. Kiikarille tarvitset jalustan ja kaukoputkelle jopa seurantajalustan.

Valokuvaaminen on monen komeettahavaitsijan suunnitelmissa. Sitä varten tarvitset pitkäpolttovälisen objektiivin kameraan. Polttovälin pituudet alkavat noin 300 mm ja uskoisin käyttökelpoisen pisimmän polttovälin olevan noin 600 mm. Tällaisella 600 mm objektiivilla saa samaan kuvaan jo melkoisen pätkän pyrstöä, ja ehkä jopa koko näkyvissä olevan pyrstön, jos sen kirkkaus ei ylitä taustataivaan kirkkautta merkittävästi. Aina kun käytät pitkää polttoväliä kamerassa, niin se pitää kiinnittää jalustaan, jotta kuvista ei tulisi ”tärähtäneitä”. Tärähtämistä voi estää myös käyttämällä kauko-ohjainta tai etälaukaisinta. Jos sitä ei ole, niin aina on käytettävissä 2 tai 10 sekunnin ajastin, sellainen on jokaisessa kamerassa.

Monet varmaan yrittävät kuvata komeettaa kännykällään. En suosittele sitä, sillä niiden kameroissa on yleensä laajakulmaobjektiivi mutta ei riittävän zoomauksen mahdollistava objektiivi. Lisäksi kuvasta voi tulla paljon useimmin ”tärähtänyt”, kun kännykkää pidetään kädessä kuvauksen aikana. Ainakin kännykkä pitäisi kiinnittää kamerajalustaan kuvien onnistumisen varmistamiseksi. Tätä tarkoitusta varten on kameraliikkeissä myynnissä sopivia kiinnitysvälineitä.

Jos olet kiinnostunut aiheesta, niin voit lukea enemmän artikkelista Komeettavuosi 2024. Tästä artikkelista löydät linkit myös etsintäkarttoihin.

Päivitys 29.9.2024

Tuoreimpien havaintojen mukaan komeettaydin ei ole hajonnut, vaikka tätä artikkelin ingressissä hieman uumoiltiin. Kirkkauden kehitys on ollut odotusten mukaista (http://www.aerith.net/comet/catalog/2023A3/2023A3.html), joten komeetasta voi tulla aivan hyvä havaintokohde niin harrastajille kuin muillekin. 

Komeetan kirkkaudessa voi olla jonkinlainen lyhytaikainen maksimi eteenpäin sironnan vaikutuksesta lokakuun alkupuolella. Jos näin tapahtuu, komeetan kirkkaus voi ylittää ennusteet. Eteenpäin sironnan vaikutus ei kuitenkaan jatku muutamaa vuorokautta pitempään.