ALMA

Alma on aivan sumussa – todellisuus näyttää aivan toiselta kuin kauniit kuvat

Ma, 04/16/2018 - 17:27 By Jari Mäkinen
ALMA lumessa. Kuva: Carlos Padilla, AUI/NRAO

Chilessä Atacaman autiomaassa sijaitsee Alma-radioteleskooppi. Yleensä siitä näytetään kauniita kuvia, joissa tähtitaivas loistaa kauniina tai antennit loistavat näisti metallihohtoisina. Toisinaan todellisuus on toisenlainen, kuten näissä kuvissa.

Kun Alma-teleskooppia oltiin tekemässä, julkistettiin siitä monia kauniilta näyttäviä piirroksia, joissa teleskooppeja rakennettiin paitahihaisillaan.

Joku sitten huomautti piirtäjälle, että vaikka Alma sijaitsee autiomaassa ja Aurinko paistaa siellä usein kauniisti siniseltä taivaalta, on paikka kuitenkin lähes viiden kilometrin korkeudessa. Se tarkoittaa sitä, että kauniina kesäpäivänäkin takki on tarpeen. Parasta ottaa pipokin mukaan, sillä keskilämpötila päivällä keskellä kesää on vain noin 4°C. 

Nyt eteläisellä pallonpuolella on syksy tulossa ja viime päivinä ALMAlla on ollut varsin viileää. Lunta on satanut ja taivaalla on ollut pilviäkin. Se ei ole kovin yleistä, mutta mitenkään harvinaistakaan. Viime päivinä sää on ollut kuitenkin varsin huono havaintojen teon kannalta.

Tästä eteenpäin kelit ovat keskimääräisesti paranemassa: paras havaintoaika on toukokuusta syyskuuhun, jolloin ilmassa olevan vesihöyryn määrä on pienin. 

Kesäaikaan, siis joulukuun ja huhtikuun aikana puolestaan ilmassa on enemmän vesihöyryä ja jopa tiivistyvää sadetta, joskin meikäläisittäin siellä ylhäällä on aina hyvin kuivaa.

Siksi se onkin valittu paikaksi tälle suurelle radiohavaintolaitteelle; kelit ovat parhaimpia koko maailmassa.

Sijainti korkealla ylänköalueella ja kuivassa autiomaassa sopii hyvin teleskoopille, koska ilmassa oleva vesihöyry vaimentaa avaruudesta tulevia radioaaltoja. Mitä vähemmän höyryä on, sitä paremmin radioaallot saadaan napattua vastaan.

Paikan päällä mitattavan vesihöyryn lisäksi olennaista on yläilmakehässä olevan vesihöyryn määrä, ja sekin on Chajnantorin tasangolla hyvin pieni.

Eri korkeuksilla oleva vesihöyry vaikuttaa eri aallonpituuksiin eri tavalla, joten säätilan mukaan havainto-ohjelmaa voidaan muuttaa siten, että käytössä on aina olosuhteiden kannalta hyvä taajuus.

Alma voi tehdä havaintoja viidellä eri taajuuskaistalla, yhdellä tosin vain kerrallaan. Taajuudet ovat välillä 84 – 950 GHz, eli aallonpituudet ovat tyypillisesti muutamia millimetrejä.

Antenneja Chajnantorin tasangolla. Kuva: ESO

Nimi Alma tulee sanoista Atacama Large Millimeter Array, eli se on suurten lautasantennien verkko.

Siihen kuuluu kaikkiaan 66 halkaisijaltaan 12 metriä olevia antenneja ja 12 pienempää seitsenmetristä antennia, joita voidaan liikuttaa eri asentoihin laajan tasanjon päällä. Pisimmillään antennien välinen matka voi olla 16 kilometriä, eli teleskooppien verkko voi toimia silloin kuin yksi suuri 16 kilometriä halkaisijaltaan oleva teleskooppi.

Yksi 12-metrinen antenni painaa kaikkinensa noin 100 tonnia ja niitä liikutellaan tasangolla suurella traktorilla.

Havaintoja teleskoopeilla aloitetteen tekemään vuonna 2011, jolloin vain osa antenneista oli käytössä. Täysin valmis Alma oli vuonna 2013.

Otsikkokuva:  Carlos Padilla, AUI/NRAO, muut kuvat: ESO

Proxima Centauria kiertävää planeettaa kärventää tappava säteily

Ma, 02/26/2018 - 22:12 By Markus Hotakainen

Auringon jälkeen lähin tähti ei ole elämälle kovin suopea. Sen pinnalla tapahtuu valtavia purkauksia, jotka tekevät tähden lähiympäristöstä varsinaisen kuoleman kentän.

Meredith MacGregorin ja Alycia Weinbergerin johtama tutkijaryhmä havaitsi viime vuoden maaliskuussa Proxima Centaurissa tapahtuneen voimakkaan flare-purkauksen. Tähtitieteilijät eivät "nähneet" sitä livenä, vaan löysivät sen ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) aineistosta vasta myöhemmin.

Voimakkaimmillaan Proximan flare päihitti Auringon suurimmat purkaukset kymmenkertaisesti ALMAn havaitsemilla radioaallonpituuksilla. Tähden kirkkaus kasvoi noin kymmenen sekunnin ajaksi tuhatkertaiseksi normaaliin verrattuna.

Suurta purkausta edelsi pienempi flare ja yhteensä niiden kesto oli alle kaksi minuuttia. Onneksi purkaus sattui kymmenen tunnin havaintojaksolle, joka jakautui vuoden 2017 tammi–maaliskuulle.

Tutkijoiden mukaan on todennäköistä, että Proxima b, tähteä kiertävä eksoplaneetta, kylpi hetken aikaa hiukkassäteilyssä, jonka voimakkuus oli 4 000 kertaa suurempi kuin Auringon flare-purkauksista Maahan kohdistuva säteily. Jo entuudestaan tiedettiin, että Proxima Centaurissa tapahtuu purkauksia, mutta näin voimakasta ei ole aiemmin havaittu.

"Proxima b synnystä kuluneiden miljardien vuosien aikana tällaiset flaret olisivat haihduttaneet kaasukehän ja valtameret avaruuteen, ja steriloineet planeetan pinnan. Elinkelpoisuuteen liittyy siis muitakin tekijöitä kuin veden esiintymisen kannalta sopiva etäisyys tähdestä", MacGregor arvioi.

Samasta ALMAn havaintoaineistosta on aiemmin päätelty, että Proxima Centaurin ympärillä olisi planeetan lisäksi ainekiekkoja tai -renkaita, samankaltaisia kuin Aurinkokunnan asteroidi- ja Kuiperin vyöhyke. Tutkimuksen tekijöiden mielestä se viittaisi useampaan tähteä kiertävään planeettaan.

MacGregorin ja Weinbergerin ryhmä tarkasteli aineistoa yksityiskohtaisemmin ja löysi siitä nyt julkaistun lyhytaikaisen, mutta sitäkin voimakkaamman purkauksen.

Weinbergerin mukaan havaintojen perusteella ei ole mitään syytä olettaa, että Proxima Centaurin ympärillä olisi merkittäviä määriä pölyä tai että sillä olisi useampia planeettoja samaan tapaan kuin Auringolla.

Rajusta purkauksesta kerrottiin Carnegie-instituutin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu The Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä.

Kuva: Roberto Molar Candanosa/Carnegie Institution for Science, NASA/SDO, NASA/JPL.

Tarkin kuva jättiläistähdestä - lähikuvassa supernovaksi valmistautuva Betelgeuze

To, 06/29/2017 - 06:16 By Jarmo Korteniemi
Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / E. O’Gorman / P. Kervella

Betelgeuze on eräs tähtitaivaan kirkkaimmista tähdistä. Nyt se on nähty uusin silmin, kun tutkijat ALMA-observatoriolla nappasivat siitä ennennäkemättömän tarkan kuvan.

Tutkijat ovat ottaneet huipputarkan kuvan jättimäisestä Betelgeuze-tähdestä. Kuva kertoo lämpötilaeroista tähden kaasukehässä.

Maasta katsottuna Betelgeuzen näennäinen läpimitta on noin 0,05 kulmasekuntia, ja kuvan erotuskyky on noin 0,014 kulmasekuntia. Tähden kiekko näkyy kuvassa siis varsin sumeana, eikä siitä erotu kovin pieniä yksityiskohtia.

Kuvasta erottuu kuitenkin kaksi jättimäistä poikkeuksellista aluetta. Kumpikin on pyöreästi oman Aurinkokuntamme sisäosien kokoinen. Valkoisena erottuva alue on noin tuhat astetta ympäröivää tähden pintaa kuumempi, ja tähden reunalta kurottuu vasemmalle toinen hieman haaleampi lämpötilapiikki. Tutkijoiden mukaan näitä alueita lämmittää epätavallisen runsas magneettinen aktiivisuus, jota ajavat jättiläismäiset konvektiosolut tähden fotosfäärissä.

Betelgeuzen riehuminen on ennenkin ollut komeaa seurattavaa. Vuonna 2009 sen havaittiin puskeneen avaruuteen kaasupilven, joka ulottuisi omassa aurinkokunnassamme Auringosta lähes Neptunuksen radalle asti.

Punahehkuinen tyhjiö

Betelgeuze on kuuluisa, sillä se on eräs suurimpia tunnettuja tähtiä ja varsin lähellä Aurinkoa. Se myös löytyy taivaalta helposti: selvästi punertava Betelgeuze on Orionin tähdistön toiseksi kirkkain ja koko tähtitaivaan yhdeksänneksi kirkkain tähti.

Vaikka Betelgeuze on yksi taivaan kirkkaimmista tähdistä ja sitä on tutkittu pitkään ja hartaasti, monia sen perusominaisuuksiakaan ei vieläkään tunneta kovin tarkkaan. Sen esimerkiksi kerrotaan olevan noin 650 valovuoden päässä Auringosta, vaikka mittausten virheraja onkin 150 valovuotta.

Betelgeuze on erittäin harvaa ainetta, minkä vuoksi tähteä kutsutaankin joskus "punahehkuiseksi tyhjiöksi". Sata metriä kanttiinsa oleva kuutio "keskimääräistä Betelgeuzea" olisi massaltaan vain alle 100 kilogrammaa. Saman kokoinen palanen "keskimääräistä Aurinkoa" painaisi lähes 1,5 miljardia kiloa, ja vastaava ilmakuutiokin yli 1,2 miljoonaa kiloa.

Betelgeuzen massan arvioidaan olevan Aurinkoon verrattuna 15–23 -kertainen. Sen halkaisija taas on vajaat 900 kertaa Aurinkoa suurempi (plusmiinus 200 Aurinkoa).

Betelgeuze on nuori, vain 8–8,5 miljoonan vuoden ikäinen tähti. Suuren kokonsa vuoksi sen kehitys on kuitenkin erittäin nopeaa ja väkivaltaista, ja lähentelee loppuaan. Se on punainen (yli)jättiläistähti, jonka odotetaan räjähtävän supernovana todennäköisesti lähimmän 100 000 vuoden aikana. Hetkeä on kuitenkin mahdotonta ennustaa tarkalleen edes kymmenien tuhansien vuosien tarkkuudella. Kun fotonit supernovasta joskus viimein saavuttavat Maan, tapahtuma tulee näkymään selvästi päivätaivaallakin. Nykytiedon valossa supernova tuskin aiheuttaa Aurinkokunnassamme juuri minkäänlaista vaaraa.

Kuva Betelgeuzesta otettiin Chilessä sijaitsevalla ALMA-radioteleskooppiryhmällä. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on kansainvälinen projekti ja on ollut toiminnassa vuodesta 2013 asti. Tämä oli ensimmäinen kerta kun ALMAlla on kuvattu minkään tähden pintaa.

Tutkimuksessa mitattiin kaasun lämpötiloja lähellä tähteä. Alueella havaittiin tapahtuvan selvää lämpötilainversioita: Tähden pinnalta ylöspäin noustessa kuumuus hellittää pian lähes tuhannella asteella (3400 °C → 2500 °C) kunnes palaa vieläkin korkeammalla takaisin lähes pinnan kuumuuteen (3300 °C). Havainto tukee aiempia mallinnuksia viileiden jättiläistähtien kaasukehistä.

Tähden nimestä on kaksi kirjoitusmuotoa, Betelgeuze ja Betelgeuse.

Lähteet: ESOn tiedote, O'Gorman ja kumpp. (2017), Dolan ja kumpp. (2016)

Video: Autiomaan jättiradioteleskooppi alkaa ahmia myös Aurinkoa

Chilessä, Atacaman autiomaassa yli viiden kilometrin korkeudessa ylänköalueella sijaitsee maailman suurin radioteleskooppi, joka koostuu 66 lautasantennista, joista kukin on 12 tai seitsemän metriä halkaisijaltaan.

Niiden avulla tämä ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitsee muun muassa galaksien välisen avaruuden kylmiä molekyylipilviä sekä kaukaisimmista ja vanhimmista galakseista tulevaa heikkoa radiosäteilyä. ALMA kykenee ottamaan kuvia, jotka ovat noin kymmenen kertaa terävämmät kuin Hubblen avaruusteleskoopilla näkyvän valon alueella ottamat kuvat.

Nyt ALMA on laitettu myös havaitsemaan Aurinkoa. Oma tähtemme on kuitenkin niin lähellä ja siksi niin kirkas, että ALMAn antennit on täytynyt suunnitrlla siten, että ne voidaan suunnata turvallisesti kohti Aurinkoa ilman vaaraa siitä, että voimakas valo kuumentaisi liikaa havaintolaitteita. Historia tuntee monia radioteleskooppeja, joiden instrumentit ovat kärähtäneet, kun suuri lautasantenni on toiminut kuin polttolasi.

Erityisesti tutkijoita kiinnostaa Auringon kromosfääri, joka hohtaa myös millimetriaaltojen alueella. Kromosfääri sijaitsee fotosfäärin yläpuolella; fotosfääriä voi pitää Auringon pintana, koska näkemämme valo tulee siitä. ALMA pystyy havaitsemaan pitemmillä valon aallonpituuksilla kuin suuri osa maanpäällisistä Aurinkoa tutkivista observatorista.

Tuloksena on sarja kuvia, jotka julkaistaan tällä viikolla maailman kaikkien tutkijoiden käyttöön.

Videolla on jättimäisestä auringonpilkusta 1,25 millimetrin ja kolmen millimetrin aallonpituuksilla tehtyjä havaintoja. Kuvat paljastavat lämpötilaeron Auringon kromosfäärin osien välillä; se, miten kromosfääri lämpenee ja sen dynamiikan ymmärtäminen yleisesti ovat tutkimuksen avainalueita, joissa ALMA:lla tehtävät havainnot voivat olla hyödyksi..

Erot kahden kuvan välillä johtuvat havaituista säteillyn valon eri aallonpituuksista. Lyhyempien aallonpituuksien havainnot voivat luodata Aurinkoa syvemmälle, mikä tarkoittaa sitä, että 1,25 millimetrin kuvat esittävät kromosfäärin kerrosta, joka on syvemmällä ja siten lähempänä fotosfääriä kuin kolmen millimetrin aallonpituuksilla otetut.

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun Euroopan eteläisen observatorion hankkeessa tutkitaan omaa Aurinkoamme. Kaikki ESO:n olemassaolevat ja aikaisemmat havantolaitteet on suunniteltu heikkovaloisten kohteiden ja ilmiöiden havaitsemiseen, ja ne on pitänyt suojata Auringon voimakkaalta säteilyltä vahinkojen välttämiseksi.

Jutun pohjana on käytetty ESOn hieman koukeroisesti tehtyä suomenkielistä uutista.

Juhannus on pelastettu: avaruudesta(kin) löytyi alkoholia

Ma, 06/20/2016 - 17:35 By Markus Hotakainen
TW Hydraen protoplanetaarinen kiekko

Tähtienvälistä viinaa on toki löydetty aiemminkin, mutta ensimmäisen kerran kaasumaista metanolia – joka toki on myrkyllistä – bongattiin protoplanetaarisesta kiekosta eli nuorta tähteä ympäröistä ainepilvestä, josta ennen pitkää tiivistynee planeettoja.

Vesikäärmeen tähdistön TW Hydrae on lähin tunnettu tähti, jolla on ympärillään protoplanetaarinen kiekko: etäisyyttä sillä on noin 170 valovuotta. Tähteä tarkkailtiin ALMA-radioteleskoopilla (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), joka soveltuu millimetrialueen havaintolaitteena erinomaisesti kylmien kaasupilvien kemiallisen koostumuksen tutkimiseen.

Metanoli on yksi mutkikkaimmista orgaanisista molekyyleistä, joita toistaiseksi on todettu esiintyvän nuoria tähtiä ympäröivissä ainekiekoissa. Metanoli on tärkeä rakennuspalikka esimerkiksi aminohappojen muodostuksessa. Havainnon toivotaan tuovan osaltaan selvyyttä siihen, miten muodostuviin planeettoihin kertyy elämän synnyn kannalta tärkeitä orgaanisia yhdisteitä.

"ALMAn avulla olemme päässeet ensimmäistä kertaa kurkistamaan ajassa taaksepäin hetkeen, jolloin nuoria Auringon kaltaisia tähtiä ympäröivien planeettojen syntysijojen kemiallinen monimuotoisuus saa alkunsa", toteaa tutkimusta johtanut Catherine Walsh Leidenin observatoriosta Hollannista.

Metanolin esiintyminen protoplanetaarisessa kiekossa kertoo muista tähtienvälisistä kaasupilvistä poikkeavasta synnystä. Sitä muodostuu ainoastaan pölyhiukkasten pinnalle kertyneessä jäässä.

ALMAn erotuskyvyn ansiosta tutkijat pystyivät jopa kartoittamaan, miten metanoli sijoittuu TW Hydrae -tähden ympäristöön. Kaasu muodostaa renkaan, jonka etäisyys tähdestä on 30–100 kertaa suurempi kuin Maan etäisyys Auringosta.

Löydöstä kerrottiin ESOn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: ESO/M. Kornmesser

ALMA paljasti: tähtivauva kääriytyy peittoon

Ma, 03/07/2016 - 15:15 By Markus Hotakainen
TMC-1A ALMAn havainnoissa

ALMA-radioteleskoopilla (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on onnistuttu ensimmäisen kerran tekemään suoria havaintoja tähteä ympäröivän kaasukiekon muodostumisesta.

TMC-1A on kehityksensä alkuvaiheissa oleva prototähti, joka sijaitsee noin 450 valovuoden etäisyydellä Härän tähdistön suunnassa. Sen ympärillä on suuri määrä kaasua, jota tähti kerää itseensä ja kasvattaa samalla massaansa.

Kaasu ei kuitenkaan virtaa suoraan tähteen, vaan muodostaa sen ympärille ainekiekon. Siitä kaasu päätyy lopulta tähteen saakka. Toistaiseksi on ollut epäselvää, missä vaiheessa tähden kehitystä kiekko muodostuu ja miten se kehittyy. 

"Nuoria tähtiä ympäröivissä kiekoissa syntyvät myös planeetat", toteaa tutkimusta johtanut Yusuke Aso Tokion yliopistosta. "Jotta voisimme selvittää kiekon syntymekanismin, meidän täytyy kyetä erottamaan se tähteä ympäröivästä kaasupilvestä ja määrittämään kiekon ulkoreuna."

Aiemmin radioteleskooppien erotuskyky ei ole tähän pystynyt, mutta ALMA-järjestelmän yhteensä 50 radioteleskoopilla siinä on nyt onnistuttu. Havaintojen avulla on mitattu kaasun liikkeitä ja nopeuksia, jotka kertovat sen jakaumasta tähden ympäristössä.

Otsikkokuvassa ristillä merkityn tähden ympärillä on punaisena erottuva tiheän kaasun alue. Valkoisella merkitty osa on tähden ja sitä ympäröivän kiekon suhteen suurella nopeudella virtaavaa kaasua. Alla oleva kuva on taiteilijan näkemys syntymässä olevan tähden lähiympäristöstä. 

 

Radioalueella tehtyjen havaintojen mukaan ainekiekon ja tähteä ympäröivän kaasupilven rajapinta on noin 90 tähtitieteellisen yksikön eli melkein 13,5 miljardin kilometrin etäisyydellä tähdestä. Se vastaa noin kolminkertaista Auringon ja Neptunuksen välistä etäisyyttä.

Samalla saatiin tähden massaksi määritettyä 0,68 Auringon massaa ja siihen virtaavan kaasun määräksi noin miljoonasosa Auringon massasta vuodessa.

Kaasun virtausnopeus on noin kilometri sekunnissa eli 3 600 kilometriä tunnissa. Se on pienempi kuin vapaassa pudotuksessa tähden vetovoimakentässä, joten tähden magneettikenttä todennäköisesti hidastaa kaasun liikettä. 

"Oletuksemme mukaan tähtivauvan kasvaessa kiekon ja kaasupilven välinen rajapinta siirtyy ulommas", arvelee Aso. "Olemme varmoja, että jatkossa ALMAlla tehtävät havainnot osoittavat kehityksen kulun juuri sellaiseksi."

Havainnoista kerrottiin ALMAn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä

Kuvat: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Aso et al.

Radiohavainnot mittaavat tähtien syntytahtia

To, 10/15/2015 - 15:00 By Markus Hotakainen
Galaksien törmäys

Yhdeksän miljardia vuotta sitten tähtiä syntyi paljon tiuhempaan kuin nykyisin. Aiemmin oltiin siinä käsityksessä, että tähtien syntytahti riippuu suoraan galaksin massasta: mitä isompi galaksi, sitä vilkkaammin siinä syttyy uusia tähtiä.

Joissakin galakseissa tahti saattaa kuitenkin äkillisesti kiihtyä. Syynä voi olla galaksien törmäys, joka saa aikaa "tähtiryöpyn": kosmisessa aikaskaalassa kaasupilvistä tiivistyy kirkkaasti loistavia tähtiä moninkertaisella nopeudella normaaliin verrattuna.

Varhaisen maailmankaikkeuden tähtiryöppygalaksien kohdalla on ollut epäselvää, onko niissä tavallista enemmän jättimäisiä molekyylipilviä, joista tähtiä voi tiivistyä, vai pystyvätkö ne syystä tai toisesta muuntamaan kaasua tähdiksi tavallista tehokkaammin.

Tutkijat ovat nyt tehneet ALMA-radioteleskoopilla (Atacama Large Millimeter Array) havaintoja seitsemästä tähtiryöppygalaksista, jotka ovat lähes yhdeksän miljardin valovuoden etäisyydellä. Tutkimuksen kohteena oli galaksien hiilimonoksidi- eli häkäpilvien runsaus. Häkää esiintyy molekyylipilvissä, joista tiivistyy uusia tähtiä.

PACS-867/Hubble

PACS-867-galaksista saaduissa kuvissa ylimmässä on ALMA-radioteleskoopilla havaittu hiilimonoksidin jakauma, keskimmäisessä Hubble-avaruusteleskoopilla otettu ultraviolettialueen kuva, jossa erottuu nuorten, kirkkaasti säteilevien tähtien ryppäitä, ja alimmassa Spitzer-avaruusteleskoopin ottama infrapunakuva, jossa korostuvat pölypilvien sisällä piileskelevät vastasyntyneet tähdet.

Havaintojen mukaan galaksien hiilimonoksidipitoisuus on jo selvästi vähentynyt, vaikka niissä syntyy edelleen tähtiä kiivaalla tahdilla. Samansuuntaisia havaintoja on tehty jo aiemmin läheisemmistä galakseista, mutta niissä kaasun määrä näyttää vähenevän hitaammin. Tutkijat ovat päätelleet, että tähtien syntytahti riippuu siitä, kuinka aktiivisesti galaksissa syntyy tähtiä normaalistikin. Pelkkä kaasun määrä ei kuitenkaan riitä selitykseksi, vaan galaktiset törmäykset ovat merkittävä tekijä.

Tutkimuksesta kerrottiin Kavli-instituutin (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe) uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University) [otsikkokuva]; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [ALMA]; NASA/ESA Hubble Space Telescope, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [Hubble]; NASA/Spitzer Space Telescope, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [Spitzer]

Einsteinin rengas paljasti kaukaisen galaksin massan

Ke, 09/30/2015 - 21:20 By Markus Hotakainen
Einsteinin rengas

Massiivisen kohteen vetovoima muuttaa valonsäteiden kulkusuuntaa. Jos kolme taivaankappaletta sattuu täsmälleen samalle linjalle, väliin jäävä kappale saa aikaan niin sanotun Einsteinin renkaan: taaempana olevasta kohteesta tuleva säteily "kiertää" etualan kohteen joka puolelta siten, että sen ympärille näyttää muodostuvan rengas. Nimi tulee siitä, että valon taipumisen vetovoimakentässä ennusti Albert Einstein suhteellisuusteoriassaan.

Vesikäärmeen tähdistön suunnassa näkyvä SDP.81 on juuri tällainen gravitaatiolinssi. Etäisempi galaksi on 12 miljardin valovuoden etäisyydellä ja ”linssinä” toimivaan galaksiin on matkaa noin neljä miljardia valovuotta. Kauempana olevassa galaksissa on runsaasti pölyä, jota vastasyntyneet tähdet kuumentavat, joten se säteilee voimakkaasti ALMA-radioteleskoopilla tehdyissä alimillimetrialueen havainnoissa (kuvassa oranssina näkyvä rinkula).

 

 

Gravitaatiolinssin muodostamaa kuvaa tutkimalla saadaan tietoa paitsi kaukaisesta galaksista, myös lähempänä olevasta kohteesta. Kun huipputarkkoja havaintoja analysoitiin, Einsteinin renkaan keskellä oleva kaukaisen galaksin kuvajainen osoittautui hyvin himmeäksi. 

Kuvajaisen kirkkaus puolestaan riippuu etualalla olevan galaksin ja etenkin sen keskuksessa piileskelevän supermassiivisen mustan aukon massasta: mitä suurempi massa, sitä himmeämpi kuvajainen. Galaksin massaksi saatiin tällä perusteella laskettua yli 350 miljardia Auringon massaa ja mustan aukon massaksi yli 300 miljoonaa Auringon massaa.

"Olemme pystyneet määrittämään suoraan ainoastaan hyvin läheisten galaksien massat. ALMAn herkkyyden ansiosta voimme nyt etsiä linssien keskellä olevia kuvajaisia, joiden avulla voimme määrittää paljon kaukaisempien kohteiden massoja", arvioi tutkimusta johtanut Kenneth Wong. "Se puolestaan auttaa ymmärtämään mustien aukkojen vuorovaikutusta galaksiensa kanssa ja niiden kasvua aikaa myöten."

Chilessä sijaitseva ALMA eli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array on maailman suurin radioteleskooppijärjestelmä. Se rakentuu 54:stä 12-metrisestä antennista ja 12:sta seitsenmetrisestä antennista, joilla päästään huikeaan 0,01 kaarisekunnin erotuskykyyn.

Einsteinin renkaasta kerrottiin Taiwanin Academia Sinican uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (The University of Tokyo)/Mark Swinbank (Durham University) [Hubble ja ALMA] // ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF [oranssi rengas]

 

ALMA paljasti mustan aukon mielettömän magneettikentän

Ti, 04/21/2015 - 22:32 By Markus Hotakainen

Atacaman autiomaassa Chilessä sijaitsevalla ALMA-radioteleskooppijärjestelmällä (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on tehty havaintoja mustan aukon magneettikentästä, joka päihittää voimakkuudessa kaikki aiemmin tunnetut.

Tehdyt havainnot ovat tärkeitä paitsi tutkitun galaksin keskustassa möykkäävään mustaan aukkoon liittyvien ilmiöiden ymmärtämiseksi myös yleisemmin. Melkein kaikkien galaksien keskellä on supermassiivinen musta aukko ja etenkin galaksien varhaisissa vaiheissa se vaikuttaa suuresti koko tähtijärjestelmän kehitykseen.

Kun miljardeja kertoja Aurinkoa massiivisemmalla mustalla aukolla on paljon "syötävää" eli ainetta, joka syöksyy sen uumeniin, aukon ympärille muodostuu kertymäkiekko. Ennen katoamistaan aukkoon aineen kiertonopeus kasvaa huimaavaksi ja aine kuumenee niin paljon, että se säteilee voimakkaasti eri aallonpituusalueilla.

Joissakin tapauksissa syntyy myös kaksi ainesuihkua, jotka etenevät liki valonnopeudella kiekon pyörimisakselin myötäisesti vastakkaisiin suuntiin. Suihkujen syntyprosessi on ollut hämärän peitossa, joskin syypääksi on arveltu voimakasta magneettikenttää. Nyt epäily on varmistunut.  

Aiemmin on onnistuttu havaitsemaan ainoastaan heikkoja magneettikenttiä kaukana, useiden valovuosien etäisyyksillä mustista aukoista. Tuoreessa tutkimuksessa Chalmersin teknillisen korkeakoulun ja Onsalan avaruusobservatorion tutkijat ovat onnistuneet selvittämään ALMAn avulla olosuhteita galaksissa PKS 1830-211 olevan mustan aukon lähistöllä, täsmälleen siellä, missä suihkut syntyvät.

 

Mustan aukon läheisyydessä esiintyvää magneettikenttää ei parane mennä mittailemaan paikan päälle – tosin se ei ole teknisestikään mahdollista – joten havainnot perustuvat säteilyn polarisaatioon. Kun säteily etenee magneettikentässä olevassa aineessa, sen polarisaatio muuttuu ja siitä voidaan päätellä kentän voimakkuus.

Havaintojen mukaan mustan aukon kertymäkiekosta tulevan säteilyn polarisaatio on kiertynyt hyvin voimakkaasti. "Tekemiemme havaintojen mukaan polarisaation kiertymä on satoja kertoja voimakkaampaa kuin missään muualla maailmankaikkeudessa", toteaa Sebastien Muller, yksi tutkijaryhmän jäsenistä.

Samalla päästiin tutkimaan yksityiskohtaisesti olosuhteita lähempänä mustaa aukkoa kuin aiemmin on ollut mahdollista. Säteilyssä havaittu polarisaatio on syntynyt ainoastaan joidenkin valovuorokausien etäisyydellä tapahtumahorisontista eli rajasta, jonka takaa ei ole mahdollisuutta saada minkäänlaista informaatiota. Yksi valovuorokausi on noin 26 000 000 000 kilometriä eli ainoastaan neljä kertaa Auringon ja Pluton välinen keskietäisyys.

Havainnoista kerrottiin Euroopan eteläisen observatorion ESOn sivuilla ja tutkimus ilmestyi Science-tiedelehdessä (maksullinen) 17. huhtikuuta.

Kuvat ESO / L. Calçada (musta aukko) / B. Tafreshi (ALMA)

Päivän kuva 8.9.2013: Kosminen hiilikaivos

Su, 09/08/2013 - 06:40 By Markus Hotakainen

Skorpionin tähdistössä noin 3800 valovuoden etäisyydellä sijaitsevan planetaarisen sumun sisuksissa on suuret määrät hiiltä. NGC 6302 eli Perhossumu on syntynyt, kun arviolta viisi kertaa Aurinkoa massiivisempi tähti puhalsi noin 1900 vuotta sitten jättiläisvaiheen päätteeksi ulkokerroksensa avaruuteen. Kuvassa alimillimetrialueen radiohavainnot (merkitty keltaisella) on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopilla näkyvän valon alueella otettuun kuvaan. Radiohavaintojen tekemiseen käytettiin viittä Chilessä sijaitsevan ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) seitsenmetristä lautasantennia. Jatkossa havaintoja on tarkoitus tehdä kaikilla ALMAn 66 antennilla, jolloin on mahdollista päästä vielä 400 kertaa parempaan erotuskykyyn. Tuloksena on entistä parempi käsitys kuolevien tähtien kemiasta ja mutkikkaiden molekyylien synnystä niiden jäljiltä jääneissä kaasupilvissä. Jo aiemmin Perhossumussa on havaittu happipitoisia silikaatteja ja hiilipitoisia polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä eli PAH-yhdisteitä - samoja, joita on löydetty esimerkiksi Marsista peräisin olevasta ALH 84001 -meteoriitista.