kvasaari

Kvasaari nimeltä SMSS~J215728.21-360215.1 on itse asiassa supermassiivinen musta aukko, joka on noin 12 miljardin valovuoden päässä. Näemme siis sen sellaisena, kuin se oli 12 miljardia vuotta sitten – siis aikaan, jolloin maailmankaikkeus oli hyvin nuori.

Tuolloin musta aukko oli massaltaan 20 miljardia kertaa oman Aurinkomme verran ja se kasvoi prosentin verran miljoonassa vuodessa. 

Prosentti miljoonassa vuodessa ei kuulosta suurelta, mutta se on, kun kyse on näin massiivisesta taivaankappaleesta.

"Tämä musta aukko kasvaa niin nopeasti, että se loistaa tuhansia kertoja kirkkaammin kuin kokonainen galaksi", sanoo tutkimusryhmän vetäjä Christian Wolf Australian kansallisesta yliopistosta.

"Emme tiedä vielä miksi ja miten tämä musta aukko kasvoi näin suureksi niin aikaisin maailmankaikkeuden historiassa."

Oklahoman yliopiston tähtitieteilijät ovat kuitenkin onnistuneet havaitsemaan planeettoja toisessa galaksissa. Löytö perustuu mikrolinssi-ilmiöön eli kaukaisemmista taivaankappaleista tulevien valonsäteiden taipumiseen ja "kuvan" kirkastumiseen etualalla olevan kohteen gravitaatiokentässä.

"Olemme hyvin innoissamme löydöstä. Ensimmäisen kerran olemme onnistuneet havaitsemaan planeettoja oman kotigalaksimme ulkopuolella", riemuitsee tutkimusta johtanut Xinyu Dai. "Mikrolinssitekniikkaa soveltavassa tutkimuksessa tehdyt havainnot selittyvät parhaiten planeetoilla."

Kuvan keskellä erottuvan ellipsigalaksin gravitaatio on kirkastanut kauempana olevan RX J1131-1231 -nimisen kvasaarin kuvajaisen neljäksi kirkkaaksi pisteeksi. Ilmiön tarkka mallintaminen on paljastanut elliptisessä galaksissa olevan ainakin parituhatta planeettaa, jotka ovat massaltaan Kuun ja Jupiterin väliltä.

Suihkujen lähettämää säteilyä havaitaan erityisesti kvasaareissa, jotka ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita. Kvasaarien energia on peräisin miljoonia kertoja Aurinkoa massiivisempien mustien aukkojen kertymäkiekoista, joissa lähiympäristön aine kiertyy kohti kosmista imuria. Vain osa tästä energiasta säteilee radioalueella, sillä ainoastaan noin 10 prosenttia kvasaareista on "kirkkaita" radiosäteilyn aallonpituuksilla.  

Jo aiemmin on tiedetty, että radiosäteilyn voimakkuuteen vaikuttaa se, välttääkö osa kertymäkiekon aineesta karun kohtalon ja päätyy mustan aukon sijasta sen pyörimisakselin suuntaisiin ainesuihkuihin, jotka voivat sinkoutua miljoonien valovuosien etäisyydelle.

Tähän saakka ei kuitenkaan ole tiedetty, miksi joissakin kvasaareissa suihkuja esiintyy, joissakin taas ei.  

Jo 30 vuotta sitten kvasaarien radiosäteilyn voimakkuudessa todettiin esiintyvän huomattavaa vaihtelua. Syyksi arveltiin harvassa tähtienvälisessä kaasussa olevia tiheämpiä alueita, joiden sähköisesti varatut hiukkaset aiheuttavat muutoksia säteilyn kulkusuunnassa – samaan tapaan kuin linssi.

"Tihentymät saavat radiosäteilyn voimistumaan ja heikkenemään päivien, viikkojen tai kuukausien ajanjaksoissa", toteaa tutkimusta johtanut Keith Bannister.

Vaihtelun esiintymistä on hyvin hankala ennustaa, joten tutkijat olivat jo luopuneet yrityksistä tehdä tihentymistä havaintoja. Bannisterin ryhmä päätti kuitenkin suunnata CSIROn (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) Compact Array -radioteleskoopin kohti kvasaaria PKS 1939-315, joka sijaitsee Jousimiehen tähdistössä, Linnunradan keskuksen suunnassa. 

He onnistuivat havaitsemaan radiosäteilyssä vaihtelujakson, jolla oli kestoa peräti vuosi. Havainnoista saatiin arvioitua "linssin" eli kaasutihentymän läpimitaksi suunnilleen Maan radan halkaisija ja etäisyydeksi noin 3 000 valovuotta.

Samalla pystyttiin tekemään alustava määritys tihentymän muodolle. Se ei ole mikään epämääräinen möykky, vaan jotain kummallisempaa.

"Voi olla, että näemme litteän levyn tason suunnasta", arvelee tutkimusryhmään kuulunut Cormac Reynolds. "Tai sitten katselemme suoraan onttoon sylinteriin, joka muistuttaa muodoltaan nuudelia, tai hasselpähkinän muotoista pallomaista kuorta."

Jatkotutkimuksen toivotaan tuovan selvyyttä tihentymän muotoon. Radiohavainnot näyttävät kuitenkin olevan siihen ainoa keino, sillä kvasaaria havaittiin myös näkyvän valon alueella: minkäänlaista vaihtelua ei esiintynyt.

Koska tihentymät ovat näkymättömiä, niiden todellista luonnetta on vaikea arvioida. Yhden teorian mukaan ne koostuvat kylmästä kaasusta, joka pysyy kasassa oman vetovoimansa vaikutuksesta. Siinä tapauksessa tihentymät muodostaisivat merkittävän osan koko Linnunradan massasta.

Toistaiseksi ei myöskään tiedetä, miten näkymättömät "linssit" ovat syntyneet. "Rakenteet ovat kuitenkin todellisia ja havaintomme merkitsevät isoa askelta niiden koon ja muodon määrittämisessä", Bannister arvioi. 

Tutkimuksesta kerrottiin CSIROn uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Alex Cherney/terrastro.com

Maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja kaukaisimpia kohteita ovat kvasaarit. 1960-luvun alussa tunnistetut "tähdenkaltaiset kohteet" olivat aluksi arvoitus, mutta sittemmin on selvinnyt, että ne ovat varhaisissa kehitysvaiheissaan olevia galakseja.

Tähtijärjestelmän keskustassa lymyävään supermassiiviseen mustaan aukkoon syöksyvä aine kuumenee ja säteilee voimakkaasti eri aallonpituusalueilla. Usein syntyy myös mustan aukon pyörimisakselin suuntainen suihku, jossa ainetta sinkoutuu vastakkaisiin suuntiin lähes valon nopeudella.

Kvasaarien synnystä on kuitenkin ollut vain olettamuksia, mutta nyt tutkijat alkavat olla vankasti jäljillä. "Hubblen kuvat osoittavat, että maailmankaikkeuden kirkkaimmat kvasaarit ovat syntyneet galaksienvälisissä törmäyksissä. Niiden seurauksena mustat aukot kasvattavat kokoaan ja galaksien rakenne muuttuu", toteaa C. Megan Urry Yalen yliopistostoa.

Törmäyksissä mustat aukot saavat runsaasti lisää "syötävää" ja galaksien aktiivisuus voimistuu. Parhaimmillaan kvaraarin säteily voi kasvaa yhtä voimakkaaksi kuin satojen miljardien tähtien yhteenlaskettu kirkkaus. 

Avaruusteleskoopilla tarkasteltiin erityisesti infrapuna-alueella voimakkaasti säteileviä kvasaareja. Niitä ympäröivissä galakseissa on runsaasti pölyä, joka on kuitenkin puhaltumassa avaruuteen kvasaarien aktiivisuuden myötä.

"Hubblella tehtyjen havaintojen mukaan varhaisessa maailmankaikkeudessa kvasaarien kirkkaus oli seurausta galaksien sulautumisesta yhteen", vahvistaa Eilat Glikman Middlebury Collegesta. "Tarkastelemme kvasaareja niiden teini-iässä, jolloin ne kasvavat nopeasti ja ovat ihan sekaisin."

Havainnoista kerrottiin Yalen yliopiston uutissivuilla ja Astrophysical Journalissa julkaistu tutkimusartikkeli on luettavissa preprint-versiona.

Kuva: Michael S. Helfenbein

Pekingin yliopiston professorin Xue-Bing Wun johtama tutkijaryhmä on löytänyt kirkkaimman tunnetun kvasaarin, jonka voimanlähteenä on valtaisa musta aukko. SDSS J0100+2802 loistaa ennätykselliset 420 biljoonaa kertaa Aurinkoa suuremmalla säteilyteholla.

Tai loisti: kvasaarilla on etäisyyttä 12,8 miljardia valovuotta, joten sen säteily on lähtenyt matkaan, kun maailmankaikkeudella oli ikää vasta noin miljardi vuotta.Todennäköisesti kvasaarin loiste on hiipunut jo aikakausia sitten.

Vajaan miljardin vuoden ikäinen universumi oli muuttumassa radikaalisti, kun ensimmäisten galaksi- ja kvasaarisukupolvien säteily päätti "kosmisen pimeän kauden". Toistaiseksi onkin arvoitus, miten näin suuri musta aukko on voinut muodostua pian sen jälkeen, kun ensimmäiset tähdet ja galaksit vasta alkoivat loistaa.

Kvasaarit ovat nuorten galaksien kehitysvaiheita. Tähtijärjestelmän keskuksessa olevalla mustalla aukolla on runsaasti kaasua ahmittavanaan ja sen ympärille muodostuvan kertymäkiekon ilmiöt saavat aikaan kvasaarin suuren kirkkauden. Kun purtava loppuu, musta aukko rauhoittuu ja kvasaari sammuu – jos asian ilmaisee hyvin yksinkertaistetusti.

Vaikka suurin osa kvasaareista on etäällä meistä, näin kaukaiset ovat harvinaisuuksia. Vuodesta 1963 lähtien kosmisia majakoita on löydetty yli 200 000, mutta ainoastaan neljänkymmenen etäisyys on yli 12,7 miljardia valovuotta. Vaikka miljardin vuoden ikäinen maailmankaikkeus oli paljon nykyistä pienempi, kvasaareja oli silti harvassa. Niiden kukoistuskausi oli vasta alkamassa.