musta aukko

Mustat aukot eivät ehkä olekaan umpikujia

Ke, 06/08/2016 - 11:05 By Markus Hotakainen

Teoriassa musta aukko voi olla madonreiän, kosmisen oikotien alkupiste. Ongelmana ovat kuitenkin gravitaation aikaansaamat suunnattomat vuorovesivoimat, jotka repivät pelottomimmankin reissaajan kappaleiksi ennen kuin matka on kunnolla alkanutkaan.

Tai sitten ei. Diego Rubiera-Garcian johtama ryhmä on tutkinut asiaa tarkemmin. Jo aiemmin ryhmä on päätynyt tulokseen, että vailla singulariteettia olevan mustan aukon keskellä on pallomainen madonreikärakenne, jonka ulottuvuudet ovat jotain muuta kuin pistemäisen singulariteetin nollamitat.

Nyt ryhmä on pohtinut, mitä ihmiselle tai mille tahansa aineelliselle kappaleelle tapahtuisi, jos se päätyisi tällaiseen madonreikään. Lähtökohtana oli, että kappaletta tarkasteltiin joukkona pisteitä, joita pitävät koossa fysikaaliset ja kemialliset vuorovaikutukset.

"Jokainen havaitsijan hiukkanen kulkee pitkin geodeettista viivaa, jonka gravitaatiokenttä määrittää. Kunkin viivan kohdalla gravitaatiovoima on hieman erisuuruinen, mutta kehon hiukkasten väliset vuorovaikutukset pystyvät kuitenkin pitämään kehon kasassa", selittää Rubiera-Garcia.

Suhteellisuusteorian mukaan mustaa aukkoa lähestyvä kappale rutistuu yhdessä suunnassa ja venyy toisessa. Jos madonreiän halkaisija on nollasta poikkeava, kappale rutistuu vain madonreiän kokoa vastaavasti. Geodeettiset linjat eivät kohtaa yhdessä pisteessä, vaan jatkavat rinnakkain madonreiän läpi.

Tutkimuksessa tarkasteltiin myös valonsäteen kulkuaikaa kappaleen eri osien välillä ja se osoittautui äärelliseksi. Siten hiukkasten väliset vuorovaikutukset säilyvät, ja syyn sekä seurauksen suhde pysyy samana myös madonreiän tuolla puolen.

Madonreikiä voitaisiin siten käyttää tieteistarinoiden tapaan kaukaisten kosmoksen kolkkien koluamiseen.

Tutkimuksesta kerrottiin Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaçon uutissivuilla ja se on julkaistu Classical and Quantum Gravity -tiedelehdessä.

Kuva: Alain r/CC BY-SA 2.5

 

Mieletön musta aukko löytyi ihan vikapaikasta

Ke, 04/06/2016 - 23:43 By Markus Hotakainen
NGC 1600

Tähtitieteilijät ovat löytäneet yhden kaikkien aikojen suurimmista tunnetuista mustista aukoista. Sillä on massaa 17 miljardin Auringon verran, mikä ei riitä ennätysten rikkomiseen, mutta sen sijaintipaikka on erikoinen.

Supermassiivinen musta aukko on keskellä galaksia, joka sijaitsee varsin autiolla avaruuden alueella. Tähän mennessä miljardeja kertoja Aurinkoa massiivisemmat mustat aukot ovat löytyneet hyvin suurista galakseista, jotka ovat tiheillä, galaksirikkailla seuduilla.

Esimerkiksi massiivisin tunnettu, 21 miljardin Auringon massainen musta aukko on Coman galaksijoukossa, johon kuuluu yli tuhat galaksia.

"Vastikään löydetty superiso musta aukko on keskellä massiivista ellipsigalaksia NGC 1600, joka sijaitsee kosmisilla syrjäseuduilla, vain noin 20 galaksin muodostamassa pienessä ryhmässä", kertoo tutkimusta johtanut Chung-Pei Mak.

Vastaavia ryhmittymiä on noin 50 kertaa enemmän kuin Coman joukon kaltaisia jättimäisiä keskittymiä. Jos sellaisissakin voi piileskellä hyvin massiivisia mustia aukkoja, niiden lukumäärä on paljon arveltua suurempi.

Tutkijat olivat myös yllättyneitä siitä, että mustan aukon massa on kymmenen kertaa suurempi kuin itse galaksin massa antoi olettaa. Aiemmin on tultu siihen tulokseen, että mustan aukon ja galaksin keskuspullistuman massan välillä on tietty riippuvuussuhde. Nyt näyttää siltä, että se ei välttämättä pädekään – ei ainakaan tässä tapauksessa.

 

 

Nyt löytyneen, noin 200 miljoonan valovuoden etäisyydellä sijaitsevan mustan aukon massan arvellaan muodostuneen yhteentörmäyksen seurauksena. Kun lähettyvillä oli enemmän galakseja, kahden galaksin sulautuessa yhteen niiden keskustoissa piileksivät aukot jäivät kiertämään toisiaan. Lopulta ne törmäsivät toisiinsa, jolloin tuloksena oli poikkeuksellisen massiivinen musta aukko.

Ennen törmäystään aukkopari ehti tehdä laajaa tuhoa kotigalaksissaan. Osa liian lähellä osuneista tähdistä päättyi aukkojen syövereihin, mutta osa sai lisävauhtia ja karkasi galaksin keskiosista, kenties koko galaksista. Tutkijoiden mukaan tällä tavoin paenneiden tähtien määrä vastaa 40 miljardia Aurinkoa eli suunnilleen Linnunradan kiekon massaa.

Aukkoparin yhdistyttyä yhdeksi massiiviseksi aukoksi se ahmi ympäristön kaasua ja tähtiä, mikä teki siitä entistä massiivisemman, ja samalla galaksista kirkkaan kvasaarin. Sittemmin aukolta loppui syötävä ja nyt se viettää rauhaisaa hiljaiseloa.

Jättiaukosta kerrottiin Hubble-avaruusteleskoopin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen). 

Kuvat: NASA/ESA/C.-P. Ma (University of California, Berkeley); NASA/ESA/D. Coe, J. Anderson, R. van der Marel (STScI) [taiteilijan näkemys]

 

 

 

Suurimman tunnetun mustan aukon pyörimisvauhti mitattiin turkulaisvoimin

Pe, 03/11/2016 - 12:06 By Jari Mäkinen
OJ287


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.

Viisiulotteinen musta aukko voi "murentaa" suhteellisuusteorian

Ma, 02/22/2016 - 15:16 By Markus Hotakainen
Musta rengasaukko

Tutkijat ovat osoittaneet, että muodoltaan omalaatuinen musta aukko voi tehdä Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian epäkurantiksi. Jotta jännitys ei käy sietämättömäksi, todettakoon samaan hengenvetoon, että moisia kiusankappaleita voi olla olemassa ainoastaan maailmankaikkeudessa, jossa on vähintään viisi ulottuvuutta.

Cambridgen yliopiston ja Lontoon Queen Mary -yliopiston tutkijat ovat mallintaneet mustan aukon, joka on hyvin ohut rengas. Rakenteesta on seurauksena, että renkaaseen voi muodostua pullistumia, joita yhdistävät säikeet käyvät yhä ohkaisemmiksi. Kun säikeet lopulta katkeavat, renkaasta syntyy pieniä erillisiä mustia aukkoja.

Renkaanmuotoiset musta aukot "löydettiin" teoreettisesti jo vuonna 2002, mutta aiemmin sellaisten dynamiikkaa ei ole onnistuttu mallintamaan edes supertietokoneilla.

Jos tällaisia mustia aukkoja todella olisi olemassa, niiden singulariteetti olisi "alaston", jolloin yleisen suhteellisuusteorian lausekkeet eivät enää päde. Vaikka Einsteinin luomus on todettu lukemattomissa kokeissa ja testeissä päteväksi, singulariteetit ovat suhteellisuusteorian kannalta ongelmallisia.

Teorian mukaan singulariteetteja esiintyy mustien aukkojen keskellä, tapahtumahorisontin ympäröiminä.

"Niin kauan kuin singulariteetit pysyttelevät piilossa tapahtumahorisontin tuolla puolen, niistä ei ole harmia ja suhteellisuusteoria toimii – 'kosmisen sensuurin otaksuma' pitää siitä huolen", toteaa Markus Kunesch Cambridgen yliopistosta.

"Kunhan otaksuma pätee, voimme turvallisin mielin laatia ennusteita mustien aukkojen ulkopuolisesta tulevaisuudesta."

Entä jos singulariteetti onkin tapahtumahorisontin ulkopuolella? Silloin se olisi näkyvissä, mutta olisi myös kappale, joka on romahtanut äärettömään tiheyteen. Siinä pisteessä fysiikan lait eivät enää päde. Tällaisia alastomia singulariteetteja on arveltu esiintyvän korkeammissa ulottuvuuksissa.

"Jos alastomia singulariteetteja on olemassa, yleinen suhteellisuusteoria romahtaa", sanoo tutkimuksessa mukana ollut Saran Tunyasuvunakool niin ikään Cambridgesta.

"Ja jos yleinen suhteellisuusteoria romahtaa, kaikki kääntyisi päälaelleen, sillä sen avulla ei enää pystyisi laatimaan ennusteita – sitä ei enää voisi pitää teoriana, jolla voi selittää maailmankaikkeutta."

Einsteinin suhteellisuusteoria ei sanele, montako ulottuvuutta maailmankaikkeudessa voi olla, joten teoreettiset fyysikot ovat tarkastelleet sen toimintaa useammissa ulottuvuuksissa nähdäkseen, päteekö kosmisen sensuurin otaksuma.

Renkaanmuotoisten mustien aukkojen löytyminen viisiulotteisesta maailmankaikkeudesta innosti tutkijoita pohtimaan, voisivatko ne katketa, jolloin syntyisi alaston singulariteetti. Nyt on käynyt ilmi, että niin voi käydä, jos rengas on riittävän ohut.

COSMOS-supertietokoneella tehdyn mallinnuksen mukaan "mustat renkaat" ovat epävakaita. Samalla saatiin laskettua, mitä niille voi aikaa myöten tapahtua. Useimmiten rengas luhistuu palloksi, jolloin singulariteetti pysyy siististi tapahtumahorisontin sisällä.

Ainoastaan hyvin ohut rengas voi muuttua niin epävakaaksi, että siihen muodostuu yhä ohuempien säikeiden yhdistämiä pullistumia. Lopulta ne irtoavat toisistaan, jolloin tuloksena on alaston singulariteetti.

"Jos kosmisen sensuurin otaksuma ei päde useammissa ulottuvuuksissa, meidän täytyy miettiä, mitä erikoista on neliulotteisessa maailmankaikkeudessa, jotta se täällä pätee", pohtii Tunyasuvunakool.

Ellei se päde täälläkään, tarvitaan maailmankaikkeuden selittämiseen toinen teoria. Yksi ehdokas on kvanttigravitaatio. Kaukana singulariteetista sen approksimaationa on Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, mutta kvanttigravitaation avulla pystyttäisiin selittämään myös singulariteetin lähistöllä esiintyvät ilmiöt.

Simulaatiosta kerrottiin Cambridgen yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Pau Figueras, Markus Kunesch, Saran Tunyasuvunakool / University of Cambridge

Musta aukko käyttäytyy omituisesti: kolme avaruusteleskooppia seuraa sitä parhaillaan

To, 01/07/2016 - 13:56 By Jari Mäkinen
V404 taiteilijan kuvaamana


Joutsenen tähtikuviossa sijaitseva V404 Cygni kirkastui voimakkaasti joulukuun 23. päivänä. Se on purskahdellut aikaisemminkin silloin tällöin, viimeksi viime kesänä, mutta nyt sen käytös näyttää muuttuneen: nyt se on jopa niin kirkas, että sen voi nähdä harrastajakaukoputkinkin.


V404 Cygni on noin 8000 valovuoden päässä meistä oleva kaksoistähti, jossa on noin 12 kertaa Aurinkoa massiivisempi musta aukko sekä Auringon kaltainen, mutta sitä hieman pienempi sekä kevyempi tähti toisena osana. Kyseessä on eräs lähimpänä Maata oleva musta aukko.

Tähti ja musta aukko kiertävät toisiaan ja yksi kierros kestää noin 6,5 Maan vuorokautta. Samalla litistyneestä tähdestä virtaa kaasua mustaan aukkoon siten, että todennäköisesti mustan aukon ympärillä on kuuma, vinhasti pyörivä kerääntymäkiekko, mistä kaasu lopulta putoaa mustan aukon sisälle.

Samalla osa kaasusta suihkuaa mustan aukon napa-alueilta ylös- ja alaspäin suurina suihkuina, aivan kuten otsikkokuvassa oleva piirros osoittaa.

Kerääntymäkiekko hohtaa kirkkaasti ja sen voi nähdä hyvin paitsi näkyvän valon alueella, niin myös erityisesti ultraviolettisäteilyn ja röntgensäteilyn taajuuksilla.

Siksi tällaisia kohteita on parasta havaita avaruudessa olevilla röntgenalueen teleskoopeilla.

Nytkin kolme tällaista teleskooppia, suurimmat röntgenalueen avaruusteleskoopit Euroopan avaruusjärjestön Integral ja NASAn Swift sekä pienempi japanilainen MAXI tarkkailevat V404:ää, koska sen tuorein purkaus on jatkoa varsin omituiselle viimeaikaiselle käytökselle.

V404:n kaltaiset mustat aukot tuppaavat kirkastumaan aina välillä voimakkaastikin, kun suuri määrä kerääntymäkiekossa olevaa kaasua romahtaa mustaan aukkoon tai kiekkoon purskahtaa tähdestä enemmän kaasua.

Silloin tähden kirkkaus kasvaa voimakkaasti paitsi näkyvän valon alueella, niin myös etenkin röntgenalueella; V404 on nyt kirkkain kohde taivaalla, jos voisimme nähdä sitä röntgensilmin. Se on myös niin kirkas optisella alueella, että sen voi nähdä tavallisin harrastajateleskoopein.

Ensimmäinen V404:n purkaus rekisteröitiin jo vuonna 1938, mutta silloin tapahtumista ei saatu juurikaan tarkempaa tietoa.

Sen sijaan vuonna 1989 japanilainen pieni röntgensatelliitti Ginga sekä avaruusasema Mirissä olleet mittalaitteet havaitsivat hyvin V404:n purkauksen. Silloin havainnot olivat hyvin tärkeitä mustien aukkojen ymmärtämisen kannalta, koska tuolloin niitä tunnettiin vain muutama muu.

Viimeisin V404:n purkaus ennen tätä joulua tapahtui viime kesänä, 15. kesäkuuta, jolloin Swift-satelliitti havaitsi sieltä tulleen gammasäteilypulssin ja aloitti sen perusteella kuvaamaan sitä röntgenteleskoopillaan. 

Sen jälkeen myös Integral ja japanilainen MAXI liittyivät mukaan havaitsemiseen.

Kesän purkaus oli jo eriskummallinen, sillä sen kuluessa säteilyn kirkkaus vaihteli alle tunnin pulsseissa. Se on hyvin epätavallista mustille aukoille.

Lisäksi V404 oli hyvin kirkas: parhaimmillaan se oli 50 kertaa valovoimaisempi kuin Rapusumu, joka röntgentaivaan kirkkain kohde.

Kesän jälkeen V404 on ollut aktiivinen, ja sitä on voitu havaita monilla eri teleskoopeilla useilla aallonpituusalueilla.

Jouluna alkanut purkaus on jatkoa tälle aktiiviselle ajalle, tosin se on jälleen erilainen. Kirkkaus on vaihdellut runsaasti, ja kohdetta havaitaan nyt mahdollisimman tiiviisti. Juuri tänään esimerkiksi Integral-teleskooppitiimi on lähettänyt tähtitieteilijöille ympäri maailman pyynnön tehdä V404:stä mahdollisimman paljon havaintoja eri aallonpituusalueilla.

Koska V404 on nyt niin kirkas myös näkyvän valon alueella, saadaan siitä varmasti todella kiinnostavia tietoja.

Animaatio V404:n kesäisestä purkauksesta Swiftin näkemänä röntgensäteilyn alueella.

Musta aukko jäi kiinni itse teosta

To, 11/26/2015 - 21:29 By Markus Hotakainen
Supermassiivinen musta aukko nielaisee tähden

Vaikka mustien aukkojen kuvitellaan usein olevan kosmisia imureita, jotka säälittä ahmivat kaiken, on hyvin harvinaista, että päästäisiin seuraamaan edes yksittäisen tähden katoamista.

"Olemme nähneet ehkä vain parikymmentä tapausta", toteaa Gemma Anderson Curtin-yliopiston radioastronomian tutkimuskeskuksesta.

"Mustia aukkoja koskevan tietämyksemme perusteella meidän pitäisi havaita aihesuihku, kun tähti hajoaa, mutta toistaiseksi sellainen on nähty vain muutamassa kaikkein rajuimmassa tapahtumassa. Nyt olemme vihdoin löytäneet yhden melko tavallisessa kohteessa."

Ensimmäistä kertaa on onnistuttu tekemään havaintoja sekä mustaa aukkoa kohti syöksyvän aineen muodostamasta kertymäkiekosta että siitä lähtevästä suihkusta. Arvioiden mukaan suihkussa vapautuu energiaa saman verran kuin Aurinko säteilee kymmenessä miljoonassa vuodessa.

Todennäköisesti kaikista supermassiivista mustista aukoista sinkoaa ainesuihkuja, kun ne nielevät tähtiä, mutta aiemmin niitä on havaittu vain harvoin. Tällä kertaa havaitsemista auttoi kohteen suhteellisen pieni etäisyys, ainoastaan 300 miljoonaa valovuotta. Lisäksi sitä päästiin tutkimaan pian, vain kolme viikkoa, löytymisensä jälkeen. 

"Kyse oli siitä, että katsoimme sitä oikeaan aikaan ja riittävällä herkkyydellä", arvioi James Miller-Jones samaisesta tutkimuskeskuksesta. "Silloin on mahdollista havaita suihku täsmälleen siellä, missä sen pitäisikin olla."

Havaintolaitteiden herkkyyttä pyritään parantamaan entisestään, jotta supermassiivisia mustia aukkoja päästäisiin tutkimaan tarkemmin. Havaintojen avulla on mahdollista täsmentää käsityksiä aukkojen ominaisuuksista ja niihin liittyvistä ilmiöistä.

Tutkimuksesta kerrottiin ICRAR:n (International Centre for Radio Astronomy Research) uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/Goddard Space Flight Center/Swift

Liian iso kokoisekseen: gigalomaaninen musta aukko

La, 09/26/2015 - 13:48 By Markus Hotakainen
Musta aukko kertymäkiekkoineen

Kuinka suuri voi supermassiivinen musta aukko olla? Ilmeisesti paljon suurempi kuin aiemmin pidettiin edes mahdollisena.

SAGE0536AGN-nimellä tunnetun galaksin keskustassa on musta aukko, joka uhkaa pistää uusiksi teoriat galaksien kehityksestä. 

Itse galaksi (alla olevassa kuvassa keskellä) löytyi infrapuna-alueella havaintoja tekevällä Spitzer-avaruusteleskoopilla. Yhdeksän miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitsevalla tähtijärjestelmällä on aktiivinen ydin, jonka kirkkauden on arveltu olevan peräisin supermassiivista mustaa aukkoa ympäröivästä kertymäkiekosta.

 

 

Tutkijat ovat nyt saaneet varmistettua, että galaksin keskustassa todella lymyää musta aukko: sitä kiertävän kaasun nopeus on niin suuri, että se selittyy ainoastaan hyvin kompaktilla ja hyvin massiivisella kappaleella.

Etelä-Afrikassa sijaitsevalla kymmenmetrisellä SALT-teleskoopilla (Southern African Large Telescope) tehtyjen havaintojen perusteella galaksin spektrissä esiintyvä vedyn emissioviiva on leventynyt huomattavasti, mikä kertoo kaasun liikkuvan suurella nopeudella sekä meitä kohti että meistä poispäin: mustan aukon kertymäkiekko pyörii vinhasti.

Spektrihavaintojen perusteella tutkijat määrittivät mustan aukon massan ja yllättyivät. Aukko on 350 miljoonaa kertaa Aurinkoa massiivisempi. Siinä ei vielä ole mitään erityisen poikkeuksellista, mutta galaksin itsensä massa on ainoastaan 70 kertaa suurempi eli noin 25 miljardia kertaa Auringon massa. 

Vallitsevien käsitysten mukaan musta aukko on noin 30 kertaa massiivisempi kuin tämänkokoisen galaksin keskustassa voisi ylipäätään olla.

"Galaksit ovat massiivisia, samoin niiden keskustoissa olevat mustat aukot. Tämä yksilö on kuitenkin ihan liian iso kokoisekseen – sen ei pitäisi edes voida olla niin suuri", ihmettelee Jacco van Loon, joka johti tutkijaryhmää.

Yleensä galaksien mustat aukot kasvavat samaa tahtia galaksien kanssa, mutta tässä tapauksessa musta aukko on kasvanut paljon kiivaammin. Toinen vaihtoehto on, että galaksin kasvu on jostain syystä pysähtynyt.

SAGE0536AGN löytyi sattumalta, joten samanlaisia kohteita voi olla enemmänkin. Se ei siis välttämättä ole mikään kummajainen vaan ainoastaan uuden galaksiluokan ensimmäinen tunnettu edustaja.

Tutkimuksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital [musta aukko], ESO [galaksi]

 

 

Intia laukaisee mustia aukkoja tutkivan satelliitin

To, 09/24/2015 - 18:28 By Markus Hotakainen
Intian Astrosat

Mikäli kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, ensi maanantaina kaakkoisessa Intiassa sijaitsevasta Satish Dhawan -avaruuskeskuksesta kohoaa Maata kiertävälle radalle Astrosat-tutkimussatelliitti. 

Sillä on tarkoitus tutkia mustia aukkoja – niin tähdenmassaisia kuin supermassiivisiakin – sekä neutronitähtiä. Astrosatilla on massaa lähes 1,5 tonnia ja siinä on neljä samaan suuntaan osoittavaa teleskooppia.

Niillä voidaan tehdä havaintoja laajalla aallonpituusalueella näkyvästä valosta ultravioletti- ja röntgensäteilyyn saakka. Lisäksi satelliitissa on mittalaite, joka tarkkailee kirkkaita, lyhytaikaisia ilmiöitä.

Tutkimalla avaruuden kohteista tulevan säteilyn aika- ja spektririippuvuutta tähtitieteilijät pyrkivät saamaan paremman käsityksen mustia aukkoja ympäröivästä aineesta ja sen käyttäytymisestä voimakkaassa gravitaatiokentässä. 

Satelliitin ja sen instrumenttien rakentamiseen ovat osallistuneet Tatan perustutkimuksen instituutti TIFR (Tata Institute for Fundamental Research), Intian tähtitieteen instituutti IIA (Indian Institute for Astronomy) ja Intian yliopistojen tähtitieteen ja astrofysiikan keskus IUCAA yhteistyössä Intian avaruustutkimusjärjestön ISROn (Indian Space Research Organisation) kanssa. Hankkeessa ovat mukana myös Kanadan avaruusjärjestö ja Leicesterin yliopisto Isosta-Britanniasta. 

Uudesta satelliitista kerrottiin Leicesterin yliopiston uutissivulla.

Kuva: Indian Space Research Organisation (ISRO)

Kuolevat tähdet eksyksissä

Pe, 08/14/2015 - 12:54 By Markus Hotakainen

Missä tähdet kuolevat? Näemmä vähän missä sattuu.

Ryan Foley Illinois’n yliopistosta on tutkinut kolmeatoista supernovaa, elämänsä ehtoolla räjähtänyttä jättiläistähteä, jotka ovat päättäneet päivänsä aivan muualla kuin voisi olettaa. Arvoitus kietoutuu kaksoistähtien, sulautuvien galaksien ja mustien tupla-aukkojen ympärille.

Ensimmäinen odottamattomassa paikassa räjähtänyt supernova löydettiin vuonna 2000. Hubble-avaruusteleskoopilla, Lick-observatoriossa sekä Keck- ja Subaru-teleskoopeilla tehtyjen havaintojen avulla Foley pääsi ratkaisun jäljille. 

"Tiesimme näiden tähtien olevan kaukana sieltä, missä ne ovat syntyneet, joten halusin selvittää, miten ne päätyivät nykyisille sijoilleen."

Oletuksena siis oli, että jokin on saanut tuhoontuomitut tähdet vaihtamaan maisemaa. Jättiläiskaukoputkilla onnistui tähtien nopeuksien mittaus ja ne osoittautuivat oudon suuriksi. Nopeudet olivat samaa luokkaa kuin tähdillä, jotka Linnunradan keskustan supermassiivinen musta aukko on singonnut ulos galaksista, jopa seitsemän miljoonaa kilometriä sekunnissa.

Seuraavaksi Foley tarkasteli galakseja, joiden ulkolaidoilta supernovat olivat löytyneet. Monet niistä ovat suuria ellipsigalakseja, jotka sulautuneet tai parhaillaan sulautumassa toisen galaksin kanssa. Niissä näkyy pölyvanoja, jotka ovat jäänteitä galaksien hajonneista rakenteista.

Monet galaksit ovat hyvin vanhoja, mutta niillä näytti silti olevan aktiivinen supermassiivinen musta aukko, joka oli vastikään saanut uutta ”syötävää” galaktisen törmäyksen seurauksena. 

Vanhan galaksin tähdetkin ovat vanhoja, joten supernovien täytyy olla kaksoistähtijärjestelmissä. Miksi? Räjähtäneen tähden on täytynyt saada lisää massaa seuralaiseltaan tai se ei olisi ollut riittävän suuri supernovaksi.

Kaksoistähtiä, sulautuvia galakseja, mustia tupla-aukkoja… Kun kaksi galaksia sulautuu yhteen, niiden keskustoissa olleet supermassiiviset mustat aukot muodostavat tupla-aukon, jossa kaksi aukkoa asettuu kiertämään yhä tiiviimmällä radalla toisiaan.

Aukot vetävät perässä tähtien muodostamaa vanaa, jossa on väistämättä myös kaksoistähtiä. Jos tähdet joutuvat lähelle mustaa tupla-aukkoa, valtaisa vetovoima voi singota ne suurella nopeudella ulos galaksista. 

Tupla-aukon ansiosta tähtien sinkoutumisen todennäköisyys kasvaa huomattavasti. Linnunradan musta aukko paiskaa arvioiden mukaan yhden tähden vuosisadassa ulos galaksista. Jos ulosheittäjänä on supermassiivinen musta tupla-aukko, lukumäärä voi kasvaa sataan tähteen vuodessa.

Samalla kaksoistähden osapuolet lähestyvät toisiaan, mikä nopeuttaa tietä tuhoon. Vanhan kaksoisjärjestelmän tähdet ovat hyvin todennäköisesti valkoisia kääpiötä, ja kun vetovoima ennen pitkää hajottaa niistä toisen, sen aine päätyy jäljellejääneeseen kääpiöön. Sen massa kasvaa niin suureksi, että seurauksena on supernovaräjähdys.

Normaalisti tällaisten kaksoiskääpiötähtien tuhoutuminen kestää kauemmin kuin maailmankaikkeus on ollut olemassa, mutta galaktisilla karkulaisilla siihen menee aikaa vain noin 50 miljoonaa vuotta. Arvoitus on siis ratkennut, mutta joitakin kysymyksiä on yhä selvittämättä. 

Galaksien ulkolaidoilla tapahtuvissa supernovaräjähdyksissä syntyy noin viisi kertaa enemmän kalsiumia kuin normisupernovissa. Yleensä räjähdyksen energia on niin suuri, että se riittää muodostamaan paljon raskaampia alkuaineita kuten rautaa ja nikkeliä, jolloin kalsiumin määrä jää vähäisemmäksi.

Jostain syystä nyt tutkitut supernovaräjähdykset ovat normaalia heikompia ja himmeämpiä, joten niissä vapautuu vähemmän energiaa. Myöskin avaruuteen leviävän aineen määrä on vähäisempi. 

Oudoista supernovista kerrottiin Hubble-avaruusteleskoopin uutissivuilla ja niitä koskeva tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/ESA/P. Jeffries & A. Feild (STScI)

 

 

Neutronitähdet iskevät takaisin

To, 08/06/2015 - 13:02 By Markus Hotakainen
Neutronitähden aihesuihkut

Mustat aukot eivät ole yksioikoisia kosmisia imureita, jotka ahmivat kitaansa kaiken eteensä osuvan. Niiden ympärillä on usein aukkoon putoavasta aineesta muodostunut kertymäkiekko – periaatteessa samanlainen pyörre kuin pesualtaan pohjasta pois valuvassa vedessä – ja sen pyörimisakselin myötäinen, kahteen suuntaan kiitävä hiukkassuihku.

Tähän saakka on arveltu, että voimallisten ilmiöiden aikaansaajana mustat aukot ovat ylivertaisia. Vaan eivätpä olekaan. Tuoreiden havaintojen mukaan neutronitähdet pystyvät loihtimaan jokseenkin yhtä energistä myllerrystä niitä ympäröivään avaruuteen.

"Se on yllättävää ja kertoo siitä, että joissakin neutronitähden ja tavallisen tähden muodostamissa järjestelmissä tapahtuu sellaista, mitä emme ole kuvitelleetkaan", toteaa Adam Deller ASTRONista, Alankomaiden radioastronomian instituutista (Netherlands Institute for Radio Astronomy).

Mustat aukot ovat maailmankaikkeuden tiheimpiä kohteita, mutta neutronitähdet tulevat hyvänä kakkosena. Kaksoistähtijärjestelmissä kumpikin voi vetää puoleensa kumppaninaan olevan tavallisen tähden ainetta. Osa aineesta saattaa sinkoutua kauas avaruuteen liki valon nopeudella etenevinä suihkuina.

Vähäinenkin mustaan aukkoon syöksyvä aine voi aiheuttaa suihkuja, jotka säteilevät voimakkaasti radioalueella. Neutronitähteen putoavan kaasun määrän pitää kuitenkin olla hyvin suuri, jotta seurauksena olisi havaittava ainesuihku – tai näin kuviteltiin.

Vastikään neutronitähdestä nimeltä PSR J1023+0038 tehdyt röntgen- ja radiohavainnot kertovat toista. Anne Archibaldin, toisen ASTRONin tutkijan, vuonna 2009 löytämä kohde on niin sanottu "muuttuva millisekuntipulsari". 

Neutronitähti saattaa olla vuosikausia rauhallisessa "lepotilassa", kunnes se taas alkaa kerätä ympärilleen ainetta. Vuosina 2013–14 sen havaittiin vetävän ainetta puoleensa hyvin vähäisiä määriä, joten mahdollisesti syntyvän suihkun arveltiin olevan heikko.

"Odottamatta VLA-radioteleskoopilla tehdyt havainnot kertoivat voimakkaasta säteilystä, joka viittasi lähes yhtä voimakkaaseen suihkuun kuin mustien aukkojen yhteydessä oletetaan syntyvän", Deller kertoo.

Sittemmin on löydetty kaksi muutakin "muuttuvaa" järjestelmää ja kummassakin esiintyy suihkuja, jotka ovat ominaisuuksiltaan mustien aukkojen luokkaa. Toistaiseksi ilmiölle ei ole löytynyt selitystä, mutta Dellerin johtaman ryhmän on tarkoitus tehdä tällaisista kaksoistähtijärjestelmistä lisähavaintoja ja etsiä myös ennestään tuntemattomia. Uusien havaintojen toivotaan antavan eväitä ilmiön teoreettiselle tarkastelulle ja paljastavan syyn neutronitähtien odottamattomalle energisyydelle.

Uusista löydöistä kerrottiin NRAO:n (National Radio Astronomy Observatoryuutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF