NuSTAR

Tänä kesänä tuntuisi tarvitsevan röntgenkatseen ylipäätään nähdäkseen Auringon, mutta nyt ei ole kyse mistään Teräsmiehen visiosta. Auringon röntgenkuva ei myöskään ole läpivalaisuotos päivätähdestämme, vaan siinä näkyvät röntgensäteilyn aallonpituuksilla hohtavat Auringon ulkokerrokset.

Ihmissilmän havaitsema näkyvä valo tulee Auringon fotosfääristä, jonka lämpötila on noin 5 500 celsiusastetta. Sen paksuus on vain kolmisensataa kilometriä ja siksi Auringolla näyttää olevan pinta, vaikka se onkin kaasumaista plasmaa.

Fotosfäärin yläpuolella on kromosfääri, jossa lämpötila kohoaa 10 000 kilometrin matkalla noin 20 000 asteeseen. Uloimpana on korona, jossa lämpötila on jopa kaksi miljoonaa astetta. Koronalla ei ole tarkkaa ulkoreunaa, vaan se muuttuu vähitellen aurinkotuuleksi, sähköisesti varattujen hiukkasten puhuriksi, joka ulottuu kauas planeettojen tuolle puolen.

Auringon ulko-osien kuuma plasma lähettää röntgensäteilyä, joka onneksemme kilpistyy Maan ilmakehään. Siksi Auringosta saadaan röntgenkuvia vain satelliittien avulla.

29. huhtikuuta 2015 otettuun kuvaan on yhdistetty useiden satelliittien havainnot, jolloin saadaan näkyviin erilaisia Auringon aktiivisten alueiden ilmiöitä. Röntgensäteilyllä ei ole väriä, joten kuva on käsitelty tietokoneella. 

NASAn NuSTAR-satelliitin (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) havaitsema suurienerginen röntgensäteily on värjätty siniseksi. NuSTARin varsinainen tehtävä on tutkia mustia aukkoja ja supernovia, mutta sen teleskoopeilla voidaan tehdä havaintoja myös Auringosta.

Vihreä vastaa japanilaisen Hinode-satelliitin mittaamaa vähemmän energistä röntgensäteilyä. Keltainen ja punainen väri puolestaan markkeeraavat NASAn SDO-satelliitin (Solar Dynamics Observatory) havaitsemaa äärimmäisen ultraviolettialueen säteilyä. 

Auringon aktiivisilla alueilla tapahtuu flare-purkauksia, jotka sinkoavat avaruuteen sähköisesti varattuja hiukkasia ja voimakasta säteilyä. Niiden lisäksi Auringossa esiintyy pienempiä mikroflareja, joissa vapautuva energia on vain miljoonasosa isoista flare-purkauksista.

Auringossa oletetaan tapahtuvan myös nanoflareja, jotka ovat vieläkin pienempiä. Niiden energia on vain miljardisosa suurissa flare-purkauksissa vapautuvista energiamääristä. 

Nanoflareja arvellaan ratkaisuksi Auringon ulkokerrosten ongelmaan: miten alle kuudentuhannen asteen lämpötilassa vellovan fotosfäärin ja 20 000-asteisen kromosfäärin yläpuolella koronan lämpötila voi kohota miljooniin asteisiin.

"Aurinko on jo siirtymässä aktiivisuussyklinsä rauhalliseen vaiheeseen, mutta minimiin on aikaa vielä jokunen vuosi", toteaa Iain Hannah Glasgow’n yliopistosta. "Siksi meidän on vielä odotettava tovi, jotta pystymme tekemään havaintoja näistä pienemmistä purkauksista."

Kuva julkaistiin eilen Llandudnossa, Walesissa parhaillaan käynnissä olevassa Royal Astronomical Societyn vuotuisessa kokouksessa ja siitä kerrottiin seuran uutissivuilla.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/GSFC/JAXA

Supernovaräjähdys 1987A vaikuttaa olleen erittäin toispuoleinen. NASAn NuSTAR-teleskoopin havaintojen mukaan suurin osa tähden räjähtäneistä ulko-osista kiitää meistä poispäin huimaa 720 kilometrin sekuntivauhtia (2,6 milj. km/h). Tästä voidaan päätellä, että tähden entinen ydin (olipa se sitten nykyisin neutroni- tai kvarkkitähti tai musta aukko) on Newtonin lain mukaan matkalla vastakkaiseen suuntaan.

1987A räjähti Suuressa Magellanin pilvessä 168000 valovuoden päässä, ja näkyi Maassa vuonna 1987. Se on toistaiseksi meitä lähin modernina aikana sattunut supernovaräjähdys, ja sitä on seurattu intensiivisesti koko kehityskaaren ajan.

NuSTARin uudet havainnot perustuvat titaanin isotoopin, Ti-44:n, erittäin tarkkaan kartoitukseen. Ainetta syntyy juuri supernovaräjähdyksen keskiössä, joten sen jakautuminen myös näyttää minkä muotoinen tähden hajoittanut räjähdys oli, ja kuinka räjähdys suuntautui. Aineen liikesuunta saadaan selville säteilyn dopplersiirtymästä.

Jutun lähteenä oleva tiedote ei kuitenkaan kerro, onko Ti-44 -pilven huimasta nopeudesta jo poistettu tähden aiempi ominaisliike. Tiedote ei myöskään ota kantaa siihen, että räjähdyksessä jäljelle jäänyttä neutronitähteä (tai mikä se onkin) ei ole ikinä havaittu. Tulkinta lienee kuitenkin ainakin jossain määrin pitävä, sillä tutkimus julkaistiin torstaina 8.5. tiedelehti Sciencessa.

Kuinka tähti voi räjähtää sillä tavoin?

Koska tähdet ovat suuressa mittakaavassa varsin symmetrisiä kappaleita, räjähdyksen suuntautuminen on periaatteessa varsin outoa. Tutkijat uskovat kuitenkin keksineensä selityksen.

Yksinään elelevän suuren tähden kuollessa tapahtuu II-tyypin supernova. Sellaisia räjähdyksiä on jo pitkään arveltu epäsymmetrisiksi, mutta mallit ovat kaivanneet tuekseen myös havaintoja todellisesta maailmasta. Aiemmin tähän suuntaan vihjanneet havainnot ovat olleet varsin monitulkintaisia, ja ne on voitu selittää vaikkapa tähden ympäristön olosuhteilla. NASAn mukaan NuSTARin Ti-44 -havainnot ovat kuitenkin yksiselitteisiä. Koska aineen puoliintumisaika on vain vaivaiset 85 vuotta, kyse ei juuri voi olla muusta kuin räjähdyksessä syntyneestä tavarasta. Sillä ei voi olla mitään muuta lähdettä.

Viime vuonna NuSTAR todisti myös toisen supernovan (Cassiopeia A:n) olleen hieman toispuoleinen, muttei mitään verrattuna 1987A:n luokkaan. Yhdessä nämä tulokset antavat tutkijoiden mukaan ymmärtää, että epäsymmetrisyys voikin olla aivan perustavaa laatua oleva piirre kakkostyypin supernovissa.

Artikkelin pääkirjoittaja Steve Boggs Kalifornian yliopistolta Berkeleystä selventää syitä epäkeskoon posaukseen: "Tähdet ovat toki pallomaisia kappaleita, mutta ilmeisesti niiden ydin muuttuu kuolinprosessissa turbulenttiseksi. Se kuohuu ja loiskuu viimeisten sekuntien aikana voimakkaasti. Juuri ytimen heiluminen johtaa epäsymmetrisiin räjähdyksiin."

Jää nähtäväksi, onko 1987A vain poikkeus, vai lieneekö se oletusten mukainen tyyppiesimerkki erityisen vinksahtaneista räjähdyksistä.