helium

"Pikkuleijonaksi" ristityn AGC 198691 -galaksin tähdissä vetyä ja heliumia raskaampien alkuaineiden eli "metallien" osuus on alhaisempi kuin missään muussa tunnetussa tähtien muodostamassa ryppäässä.

"Metalliköyhimmän galaksin löytyminen on jännittävää, sillä sen avulla on kenties mahdollista testata alkuräjähdystä koskevia teorioita", toteaa tutkimukseen osallistunut John Salzer. "Maailmankaikkeuden syntyolosuhteiden tutkimiseen on käytettävissä vain harvoja keinoja, mutta metallipitoisuudeltaan alhaiset galaksit kuuluvat lupaavimpiin kohteisiin."

Nykyinen alkuräjähdysmalli antaa selkeitä ennusteita vedyn ja heliumin määristä, ja näiden alkuaineiden suhteelliset osuudet metalliköyhissä galakseissa kertovat suoraan aikojen alussa vallinneista olosuhteista.

Yleensä metalliköyhiä galakseja löytyy vain hyvin kaukaa, koska läheisemmissä galakseissa tähtien kehitys on ehtinyt muuttaa huomattavasti alkuainekoostumusta. Pikkuleijona kuuluu kuitenkin "paikalliseen maailmankaikkeuteen", joka ulottuu noin miljardin valovuoden etäisyydelle Linnunradasta.

Alhainen metallipitoisuus kertoo tässä tapauksessa vähäisestä "kosmisesta kierrätyksestä": galaksissa on aikojen kuluessa muodostunut uusia tähtiä vain harvakseltaan, joten vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita on ehtinyt syntyä vain hyvin vähän.  

Tutkimuksessa käytettiin Kitt Peakin observatorion nelimetristä Mayall-teleskooppia ja Mount Hopkinsilla sijaitsevaa MMT-teleskooppia, jossa on 6,5 metrin läpimittainen peili. Kaukoputkilla mitattiin galaksin spektri, jonka avulla pystyttiin määrittämään eri alkuaineiden runsaudet. 

"Kuva kertoo enemmän kuin tuhat sanaa, mutta spektri kertoo enemmän kuin tuhat kuvaa", luonnehtii Salzer. 

Pikkuleijona on todella hyvin pieni galaksi. Sen läpimitta on ainoastaan tuhat valovuotta ja siihen kuuluu vain joitakin miljoonia tähtiä. Galaksi on väriltään selvästi sininen, sillä siinä on suhteellisesti ottaen runsaasti vastikään syntyneitä, kuumia tähtiä. Ne ovat kuitenkin hyvin himmeitä, mikä on ollut alhaisen metallipitoisuuden ohella yllätys tutkijoille.

Tutkimuksesta kerrottiin Indianan yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/A. Hirschauer & J. Salzer, Indiana University/J. Cannon, Macalester College/K. McQuinn, University of Texas

Hubble-avaruusteleskoopin avulla onnistuttiin ensimmäisen kerran määrittämään super-Maa-luokkaan kuuluvan eksoplaneetan kaasukehän koostumusta ja ominaisuuksia. Se koostuu pääosin vedystä ja heliumista, vesihöyrystä sen sijaan ei näy jälkeäkään.

Planeetta kiertää Kravun tähdistön 55 Cancri -tähteä, jonka etäisyys meistä on noin 40 valovuotta. Se on jo aiemmin saanut lempinimen "Timanttiplaneetta", sillä sen kokoon ja massaan perustuvien mallien mukaan planeetan sisuksissa on runsaasti hiiltä.

"Tulos on hyvin jännittävä, sillä ensimmäisen kerran olemme onnistuneet havaitsemaan spektristä 'sormenjälkiä', jotka kertovat, mitä kaasuja super-Maan kaasukehässä esiintyy", riemuitsee Angelos Tsiaras Lontoon University Collegesta. Tsiaras kehitti havaintojen käsittelyssä käytetyn analyysimenetelmän yhdessä Ingo Waldmannin ja Marco Rocchetton kanssa.

"55 Cancri e:n kaasukehästä tehdyt havainnot viittaavat siihen, että planeetta on onnistunut pitämään otteessaan merkittävän määrän vetyä ja heliumia kaasupilvestä, josta se alun perin muodostui."

Super-Maat ovat oletusten mukaan Linnunradan yleisin planeettatyyppi. Hubble-avaruusteleskoopilla on yritetty aiemmin tutkia kahden muun samaa kokoluokkaa olevan eksoplaneetan – GJ1214b ja HD97658b – kaasukehiä, mutta niistä ei saatu riittävän tarkkoja spektrejä.

55 Cancri e on kuitenkin poikkeuksellinen super-Maaksi, sillä se kiertää hyvin lähellä tähteeän. Vuoden pituus on ainoastaan 18 tuntia ja pintalämpötilan arvellaan olevan noin 2 000 celsiusastetta. 

Havainnot perustuivat planeetan ylikulkuihin tähden editse. Hubblen avulla muodostettiin useita spektrejä, joita käsittelemällä saatiin erotettua tähden ja sitä kiertävän planeetan spektrit. Mittausten mukaan kaasukehässä näyttäisi olevan myös syaanivetyä eli sinihappoa. Se viittaa myös hiilen esiintymiseen planeettaa ympäröivässä kaasukehässä. 

"Havaittu syaanivedyn runsaus viittaisi siihen, että kaasukehässä on hyvin suuri hiilen ja hapen suhde", arvioi 55 Cancri e:n kaasukehän kemiallisen mallin laatinut Olivia Venot.

"Jos syaanivedyn ja muiden molekyylien esiintyminen varmistetaan muutaman vuoden kuluessa uuden sukupolven infrapunateleskoopeilla, se tukisi teoriaa, että tällä planeetalla on runsaasti hiiltä, joten se on hyvin eksoottinen maailma", toteaa puolestaan Jonathan Tennyson. "Tosin syaanivety eli sinihappo on äärimmäisen myrkyllistä, joten se ei ole planeetta, jolla haluaisin asustaa."

Havainnoista kerrottiin Hubblen kotisivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: ESA/Hubble, M. Kornmesser (kuva on visualisointi siitä, miltä planeetta voisi näyttää)

Tänään tuotettiin Max Planckin plasmafysiikan instituutin Wendelstein 7-X -fuusiolaitteella ensimmäisen kerran heliumplasmaa. "Stellaraattorissa" tuotetun plasman lämpötila oli noin miljoona celsiusastetta.

Energiantuotantoon koelaitteistosta ei kuitenkaan ole, vaikka se onkin lajissaan suurin. Testeillä on tarkoitus tutkia, onko Lyman Spitzerin jo 1950-luvulla kehittelemästä laitteesta tulevaisuuden fuusiovoimalan sydämeksi.

7-X rakentuu 50 suprajohtavasta käämistä, joista kookkaimmat ovat 3,5 metriä korkeita. Käämit ympäröivät tyhjiökammiota ja ne jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä nestemäisen heliumin avulla. 

Kun käämit kytketään päälle, ne eivät kuluta juuri lainkaan energiaa. Niiden muodostama magneettinen "häkki" pitelee noin 30 kuutiometrin kokoista hyvin harvaa plasmapilveä irrallaan tyhjiökammion seinämistä.

Kaksi yhdysvaltalaista panimoa lanseerasi vastikään jotain täysin uutta: heliumoluen. Luit oikein. Oluen, johon on sekoitettu kevyttä helium-kaasua. Kumpikin juoma sattui vielä olemaan IPA-tyyppisiä, joten niitä on hyvä vertailla. Mainosvideot löydät jutun lopusta, tässä ensin puolueettomampi mutta siltikin hupaisa testivideo Saksasta:

Aineen muuttuessa supranesteeksi se ei tunnu tottelevan edes painovoimalakia, sillä se pääsee helposti karkuun avoimesta astiasta. Neste muodostaa astian sisäpinnalle ohuen kalvon, joka nousee reunalle saakka, pujahtaa sen yli ja valuu astian ulkopintaa pitkin tippuen lopulta pisaroina sen pohjasta alas. Supranesteessä ei ole lainkaan viskositeettia, joka kuvaa nesteen sisäistä kitkaa, joten se on jatkuvassa liikkeessä – kaikkiin suuntiin. Helium muuttuu supranesteeksi neljän kelvinin lämpötilassa. Supranesteitä tutki ensimmäisenä alankomaalainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes, joka sai tasan sata vuotta sitten Nobelin fysiikanpalkinnon matalissa lämpötiloissa esiintyvien ilmiöiden tutkimuksesta.

Kuva: Alfred Leitner