galaksijoukot

Galaksien rengas laittoi ennätykset uusiksi

Ke, 08/05/2015 - 07:59 By Markus Hotakainen

Gammapurkaukset ovat universumin voimallisimpia ilmiöitä. Yhdessä ainoassa purkauksessa voi vapautua muutamassa sekunnissa yhtä paljon energiaa kuin Aurinko säteilee koko kymmenen miljardin vuoden mittaisen elinkaarensa aikana. 

Gammapurkausten säteily kantaa kevyesti useiden miljardien valovuosien päähän ja ne voivat paljastaa kohteita, joita ei muuten voitaisi havaita lainkaan. Purkausten syytä ei vielä varmuudella tiedetä, mutta niiden arvellaan syntyvän massiivisten tähtien romahtaessa kaukaisissa galakseissa mustiksi aukoiksi.

Tähtitieteilijät ovat tehneet gammapurkaustn avulla uuden ennätyksen: seitsemän miljardin valovuoden etäisyydeltä on löytynyt galaksien muodostama rengas (kuvassa keskellä), joka on maailmankaikkeuden tunnetuista rakenteista ylivoimaisesti suurin.

Lajos Balazsin johtama ryhmä on tutkinut tarkemmin yhdeksää gammapurkausta, jotka on havaittu sekä avaruudessa että maanpinnalla olevien observatorioiden havaintolaitteilla. Ne kaikki näyttävät sijaitsevan samalla etäisyydellä. Taivaalla niiden muodostamalla renkaalla on läpimittaa 36 astetta eli yli 70 kertaa Kuun näennäinen läpimitta.

Mikäli purkausten etäisyydet on määritetty oikein, rengas on todellisuudessa halkaisijaltaan yli viisi miljardia valovuotta. Tutkijoiden mukaan todennäköisyys, että gammapurkaukset muodostaisivat sattumalta tietyllä etäisyydellä olevan renkaan, on vain 1/20 000.

"Jos rengas on todellinen rakenne, näemme sen jokseenkin kohtisuorasta suunnasta, sillä gammapurkausten etäisyydet sen keskustasta vaihtelevat vain vähän. Toisaalta rengas voi olla kuvajainen pallosta, missä kaikki havaitut gammapurkaukset tapahtuivat 250 miljoonan vuoden kuluessa. Maailmankaikkeuden ikään verrattuna se on lyhyt aika", pohtii Balazs.

Jos kyseessä on pallo, se voi puolestaan muodostua suuren mittakaavan tyhjiä aukkoja ympäröivistä galaksijoukkojen ketjuista. Monet maailmankaikkeuden mallit ennustavat, että avaruus on kuin saippuavaahtoa; tosin nyt havaittu rakenne on vähintään kymmenen kertaa suurempi kuin aiemmin tunnetut "kuplat".

Kosmologisen periaatteen mukaan maailmankaikkeus on kaikkein suurimmassa mittakaavassa tasainen. Teoreettisesti suurimmat rakenteet olisivat läpimitaltaan korkeintaan 1,2 miljardia valovuotta. Vastikään löytynyt rengas on lähes viisi kertaa suurempi.

"Jos olemme oikeassa, rakenne on ristiriidassa nykyisten maailmankaikkeuden mallien kanssa. Oli suuri yllätys löytää jotain näin suurta emmekä vieläkään ymmärrä, miten se on voinut ylipäätään syntyä", Balazs päättää.

Valtavasta renkaasta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivulla ja tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä.

Kuva: L. Balazs

Pimeä aine vaikuttaa entistä pimeämmältä

To, 03/26/2015 - 21:06 By Markus Hotakainen

Maailmankaikkeudesta alle viisi prosenttia on näkyvää ainetta eli galakseja, tähtiä, planeettoja ja kaasua. Noin neljännes on pimeää ainetta ja loput, yli 71 prosenttia, pimeää energiaa, joka saa universumin laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla.

Pimeän energian olemuksesta on vain kalpea aavistus eikä pimeää ainetta tunneta juuri sen paremmin. Hubble-avaruusteleskoopilla ja Chandra-röntgensatelliitilla on tehty vastikään havaintoja, jotka osoittavat pimeän aineen olevan vielä "pimeämpää" kuin aiemmin on arveltu.

Paitsi että pimeä aine ei heijasta, ime eikä lähetä säteilyä – eli nimeksi sopisi paremmin "näkymätön aine" – se ei juurikaan vuorovaikuta myöskään itsensä kanssa. Se pystytään havaitsemaan ainoastaan gravitaatiovaikutuksensa ansiosta.

 

 

Tutkimuksen kohteena oli toisiinsa törmääviä galaksijoukkoja. Jo aiemmin on Luotijoukoksi nimettyä kohdetta (kuvassa yllä) havaittaessa todettiin, että galaksijoukkojen törmäyksissä kaasupilvien liike hidastuu ja samalla ne kuumenevat. Kaasuun verrattuna harvakseltaan sijaitsevat tähdet kulkevat pääosin toistensa lomitse mutta pimeä aine jatkaa matkaa kuin mitään ei olisi tapahtunut.

Luotijoukon kuvassa pimeä aine on merkitty sinisellä ja kuumentunut, röntgenalueella säteilevä kaasu vaaleanpunaisella. Pimeä aine ja kaasu ovat selvästi erottuneet toisistaan.

Sama ilmiö on nyt havaittu monissa muissakin galaksijoukkojen törmäyksissä. Kansainvälinen tutkijaryhmä tarkasteli kaikkiaan 72 kosmista kolaria ja pimeä aine käyttäytyy niissä yhtä välinpitämättömästi kuin Luotijoukossa.

 

 

Syynä ei kuitenkaan ole se, että pimeän aineen hiukkaset – mikäli se koostuu hiukkasista – olisivat kaukana toisistaan samaan tapaan kuin tähdet. Toisiinsa törmäävät pimeän aineen kasaumat eivät ole törmäyksestä moksiskaan, koska pimeä aine ei näytä vuorovaikuttavan edes itsensä kanssa.

Tuoreet tulokset eivät edelleenkään paljasta pimeän aineen todellista olemusta, mutta se rajaa vaihtoehtoja, joita tutkijoilla on pohdittavanaan. Seuraavaksi tutkijaryhmän tarkoituksena on tehdä havaintoja yksittäisten galaksien törmäyksistä ja pimeän aineen käyttäytymisestä pienemmässä mittakaavassa.

Uusista tuloksista kerrottiin Hubble-avaruusteleskoopin kotisivuilla ja ne julkaistaan 27. maaliskuuta ilmestyvässä Science-tiedelehden numerossa.

Kuvat: NASA / ESA / D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland) / R. Massey (Durham University, UK) (kuvasarjat), NASA / CXC / CfA / M. Markevitch et al. / STScI / ESO / University of Arizona / D. Clowe et al. (Luotijoukko)

Kun maailmat törmäävät

Ti, 03/10/2015 - 19:05 By Markus Hotakainen

When Worlds Collide on Philip Wylien ja Edwin Palmerin vuonna 1933 julkaistu scifi-romaani, jonka pohjalta Rudolph Maté ohjasi 1950-luvun alussa samannimisen elokuvan, suomenkieliseltä nimeltään Maailman sortuessa. Siinä Maata uhkaa vaeltava taivaankappale (romaanissa planeetta, elokuvassa tähti), jonka kohtaamisella on tuhoisat seuraukset.

Entä jos törmäys olisikin vähän isompi? Eikä niin vähänkään, vaan kolarin osapuolina olisivat satojen tähtijärjestelmien muodostamat galaksijoukot. Tällainen katastrofi on käynnissä 800 miljoonan valovuoden etäisyydellä Pienen karhun tähdistön suunnassa. Tai tarkemmin sanottuna oli käynnissä 800 miljoonaa vuotta sitten, kun nyt havaittava Abell 2256 -joukon jäsenten lähettämä valo ja muiden aallonpituuksien säteily lähti matkaan.

Abell 2256 on päässyt kuviin aiemminkin. Sitä on tutkittu esimerkiksi Rosat-röntgensatelliitilla 1990-luvun alussa. Röntgenkuva (alla) ei ole kovin yksityiskohtainen, sillä siinä näkyy galaksienvälisen kuuman kaasun lähettämä säteily, mutta sen avulla päästiin silti tapahtumien todellisen tolan jäljille. Röntgenalueella erottuu aiemmin yhtenä galaksijoukkona pidetyn kohteen keskellä kaksi kirkastumaa: joukkoja onkin kaksi ja ne ovat törmäämässä toisiinsa.

 

 
Tähän mennessä tarkin "kuva" kosmisesta rytinästä on saatu VLA-teleskoopilla, joka rakentuu kaikkiaan 27 yksittäisestä malja-antennista, kukin niistä läpimitaltaan 25-metrinen. Radiotähtitieteen uranuurtajan nimeä kantavassa Karl G. Jansky -observatoriossa otettua kuvaa on muokattu siten, että se esittää kohteen sellaisena kuin sen näkisimme, mikäli silmämme olisivat herkkiä radiosäteilylle. Punaisilta alueilta tulee pitkäaaltoista radiosäteilyä, sinisiltä lyhytaaltoista.
 
Neljän miljoonan valovuoden läpimittaisella alueella, joka taivaalla vastaa suunnilleen Kuun näennäistä läpimittaa, erottuu erilaisia ilmiöitä, joista osa on tutkijoille edelleen arvoitus. Kuvan yksityiskohdille on annettu sellaisia nimiä kuin "Pitkä häntä" ja "Suuri jäänne", vaikka niiden syntyä ei osata vielä selittää.
 
Tutkijaryhmää johtaneen Frazer Owenin mukaan kuvassa erottuvien yksityiskohtien avulla pystytään selvittämään kahden galaksijoukon törmäykseen ja sulautumiseen liittyviä vaiheita, sekä tutkimaan fysikaalisia prosesseja, joita tällaisissa kohtaamisissa ei aiemmin ole osattu odottaa esiintyvän.
 
Kuvat: Owen et al. / NRAO/AUI/NSF (VLA) / Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (Rosat)