OJ287

Suurimman tunnetun mustan aukon pyörimisvauhti mitattiin turkulaisvoimin


Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen sekä Suomen ESO-keskuksen tutkijat ovat yhteistyössä yhteistyökumppaneidensa kanssa mitanneet suurimman tunnetun mustan aukon pyörimisvauhdin. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun millekään mustalle aukolle on mitattu sekä pyörimisnopeus että massa suuremmalla kuin yhden prosentin tarkkuudella.


Kyseessä on vanha tuttu kohde nimeltä OJ287 – musta aukko, jota on Tuorlassa tutkittu jo pitkään.

Se keksittiin Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen Tuorlan observatorion tutkimuksissa jo 1980-luvun alkupuolella, mutta kesti yli kolmekymmentä vuotta selvittää sen tarkka liikerata.

Vuosikymmenten aikana OJ:n parissa ovat painineet mm. Aimo SillanpääHarry Lehto ja Seppo Mikkola. Nyt tutkimusta koordinoi professori Mauri Valtonen.

OJ287 on itse asiassa 3,5 miljardin valovuoden päässä meistä Sisiliskon tähdistössä oleva galaksi. Sen keskellä on massiivinen musta aukko, jolla on pienempi seuralainen, myös musta aukko, jonka liikettä tarkkailemalla suuremman mustan aukon ominaisuudet selviävät.​ 

Keskellä oleva musta aukko on massaltaan noin 18,3 miljardia kertaa omaa Aurinkoa massiivisempi, ja se on suurin tunnettu musta aukko.

Pyörimisvauhti on noin 0,313 (+/- 0,01) kertaa valon nopeus, eli hiukan vajaa kolmasosa suurimmasta mahdollisesta pyörimisnopeudesta, mikä mustalla aukolla voi olla.

"Mittauksen mahdollistaa se, että kyseisellä mustalla aukolla on pienempi seuralainen, jonka liikettä tarkkailemalla suuremman mustan aukon ominaisuudet selviävät", kertoo Valtonen. 

"Mustan aukon pyöriminen aiheuttaa vääntöä kiertorataan, joka on mitattavissa."

Tämä on ensimmäinen kerta, kun millekään mustalle aukolle on mitattu sekä pyörimisnopeus että massa suuremmalla kuin yhden prosentin tarkkuudella. Aiemmissa mittauksissa epätarkkuus on aina ylittänyt 10 %. Tutkimustulokset julkaistiin eilen torstaina 10. maaliskuuta The Astrophysical Journal Letters -julkaisussa.

"Näillä tiedoilla on enemmänkin kuin kuriositeettiarvo: niistä voidaan päätellä, onko Einsteinin sata vuotta sitten esittämä yleinen suhteellisuusteoria todella ainoa oikea tapa kuvata painovoimaa", Valtonen sanoo.

Yleinen suhteellisuusteoria on oikeastaan teoria painovoimasta.

Musta-aukkopari lähettää gravitaatioaaltoja

Kahden mustan aukon sulautumisessa syntynyt painovoima-aalto havaittiin hiljattain ensimmäistä kertaa amerikkalaisilla maanpäällisillä mittalaitteilla.

Musta-aukkopari OJ287 lähettää myös painovoima-aaltoja, ja Turun yliopiston tutkimusryhmä on mitannut matkaan lähteneiden aaltojen voimakkuutta; mittaukset sopivat yhteen Einsteinin teorian kanssa 2 %:n tarkkuudella.

Täällä maapallolla näitä erittäin heikkoja aaltoja ei ole vielä havaittu, koska niiden värähtely tapahtuu liian hitaasti nykyisille mittalaitteille. Muutaman vuoden päästä käytössä olevat gravitaatiohavaintolaitteet pystyvät kenties mittaamaan myös OJ287:n lähettämiä avaruuden värähtelyjä.

"Siihen asti meidän on tyytyminen valo- ja röntgensäteilysignaaleihin, joita tässä tutkimuksessa on käytetty hyväksi", Valtonen kertoo. 

Nyt julkistettuun tutkimukseen liittyy myös jännä yhteensattuma, sillä OJ287:ssä alkoi 18. marraskuuta 2015 säteilypurkaus, joka johti lopulta tähän uuteen yleisen suhteellisuusteorian varmistukseen. Päivä oli täsmälleen sata vuotta sen jälkeen, kun Einstein esitteli yleisen suhteellisuusteoriansa. Sen "syntymäpäiväksi" on usein sanottu 18. marraskuuta 1915.

"OJ287:n purkaus ja gravitaatioaaltojen ensimmäinen mittaus 14.9.2015 olivat sopivia syntymäpäivälahjoja Einsteinin satavuotiaalle painovoimateorialle", iloitsee Valtonen Turun yliopiston tiedotteessa.

Tämänkertaisessa havaintokampanjassa näytteli ratkaisevaa osaa yhteispohjoismainen Kanarian saarilla sijaitseva teleskooppi NOT (Nordic Optical Telescope), josta Suomen ESO-keskuksessa työskentelevä Kari Nilsson sai runsaasti havaintoaikaa.  NOT:n henkilökuntaan kuuluva Tapio Pursimo, sekä Tuorlassa etäpäätteen kautta Leo Takalo ja Elina Lindfors tekivät myös havaintoja Kanarialla. Suomen ESO-keskuksen Vilppu Piirola ja Andrei Berdjugin johtivat Havaijilla sijaitsevalla teleskoopilla tehtyjä havaintoja. 

Kaikkiaan tähän tutkimukseen osallistui koko joukko Turun yliopiston jatko-opiskelijoita sekä kaiken kaikkiaan lähes sata tutkijaa eri puolilta maailmaa.

Julkaisun tiedot:
“Primary Black Hold Spin in OJ 287 as Determined by the General Relativity Centenary Flare.” The Astrophysical Journal Letters, Volume 819,  Number 2. http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/819/2/L37

Artikkeli perustuu pitkälti Turun yliopiston tiedotteeseen.