Hubble

Taivaalta löytyi Irvikissa - mitä tähän sanoo herra Einstein?

Ti, 11/24/2015 - 11:38 By Markus Hotakainen
Galaksijoukko näkyvässä valossa ja röntgenalueella

Sata vuotta sitten Albert Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteoriansa, joka on kiistatta yksi 1900-luvun merkittävimmistä tieteellisistä saavutuksista.

Yksi teorian lukuisista ennusteista oli, että massiivinen kappale vääristää aika-avaruutta ja saa läheltä kulkevan valonsäteen muuttamaan hieman suuntaansa. 

Toukokuussa 1919 sattuneen täydellisen auringonpimennyksen aikana otettuja kuvia verrattiin samasta kohdasta otettuihin tähtikuviin ja kas: tähtien paikat näyttivät tosiaan siirtyneen Einsteinin ennustamalla tavalla.

Ilmiö on sitä voimakkaampi, mitä suurempi massa on kyseessä. Galaksit ja kokonaiset galaksijoukot saavat niiden lähettyviltä kulkevat valonsäteet taipumaan niin, että kauempana olevat kohteet vääristyvät kummallisiksi kuvajaisiksi.

Yksi hassuimmista on SDSS J103842.59+484917.7 noin 4,6 miljardin valovuoden etäisyydellä Ison karhun tähdistössä. Kun yhdistetään Hubble-avaruusteleskoopilla tehdyt näkyvän valon ja Chandra-avaruusteleskoopin röntgenalueen havainnot, saadaan näkyviin ilmiselvä Irvikissa, Liisan seikkailut ihmemaassa -klassikon ajoittain katoavainen kissa, josta toisinaan näkyy vain leveä hymy.

Kirja ilmestymisestä on kulunut nyt 150 vuotta, joten se kytkeytyy kosmisen kissahahmon kautta osuvasti Einsteinin juhlavuoteen. Liisan seikkailuista kirjoitti Lewis Carroll, joka oli oikealta nimeltään Charles Dodgson ja sattumoisin matemaatikko.

Galaksijoukon kaksi jättiläisgalaksia muodostavat kissan silmät ja kolmas galaksi kirsun. Galaksien ympärillä oleva tavallinen ja pimeä aine saavat aikaan gravitaatiolinssin, joka vääristää neljä etäämpänä olevaa galaksia sopivasti sijoittuneiksi kaariksi. 

 

 

Itse asiassa "silmät" kuuluvat kahteen eri galaksijoukkoon, jotka ovat törmäämässä toisiinsa lähes 500 000 kilometrin tuntinopeudella. Yllä olevassa Chandran ottamassa röntgenkuvassa näkyy pelkästään säteily, joka on peräisin galaksijoukkojen kuumasta kaasusta. Meneillään oleva törmäys on kuumentanut sen miljooniin asteisiin. 

Röntgenkuvassa toisen silmän kohdalla näkyvä kirkas kohta on toisen galaksin keskuksessa oleva supermassiivinen musta aukko – tai pikemminkin sitä ympäröivä kertymäkiekko, jossa aine kuumenee ennen katoamistaan pohjattomaan nieluun.

Irvikissajoukosta on tutkijoiden mukaan tulossa ennen pitkää niin sanottu fossiilijoukko, jossa yhden jättimäisen ellipsigalaksin ympärillä on suuri määrä pienempiä galakseja. Fossiilivaihetta pidetään osana galaksijoukkojen kehitystä ja Irvikissa tarjoaa hyvän tilaisuuden sen tarkasteluun. Kissan "silmien" arvellaan sulautuvan toisiinsa noin miljardin vuoden kuluttua, jolloin Irvikissasta tuleekin Kyklooppi. 

Tutkimuksesta kerrottiin Chandra-röntgenteleskoopin uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/CXC/UA/J.Irwin et al [röntgen] / NASA/STScI [näkyvä valo]

Suuri osa galakseista on muuttanut muotoaan

Ma, 08/31/2015 - 13:09 By Markus Hotakainen

Galakseja on joka lähtöön: isoja ja pieniä, ellipsin muotoisia ja linssimäisiä, kierrehaaraisia ja epäsäännöllisiä.

Kosmisissa törmäyksissä galaksien rakenne voi muuttua rajusti, ja tähtijärjestelmä voi hajota kokonaan joutuessaan suuremman galaksin ahmaisemaksi.

Galaktinen kolarointi ja kannibalismi eivät kuitenkaan ole välttämättä ainoita syitä galaksien muodonmuutoksiin. Ne voivat muuntautua uuteen uskoon ihan itsekseenkin. 

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut ensi kertaa, että huomattava osa galakseista on muuttanut ulkomuotoaan sen jälkeen, kun ne syntyivät vuosimiljardeja sitten.  

Tähtitieteilijät tekivät Hubble- ja Herschel-avaruusteleskoopeilla havaintoja noin 10 000 galaksista. Ensin he lajittelivat suhteellisen läheiset galaksit kahteen ryhmään: litteisiin, kiekkomaisiin galakseihin ja suuriin, pallomaisiin galakseihin. Sitten he tekivät saman jaottelun kaukaisemmille galakseille, jotka näemme sellaisina kuin ne olivat maailmankaikkeuden nuoruudessa. 

Tilastollisesti tarkasteltuna 83 prosenttia kaikista tähdistä kuului nuoressa maailmankaikkeudessa kiekkomaisiin galakseihin. Sittemmin osuus on laskenut 49 prosenttiin. "Nykyisin" eli lähimaailmankaikkeudessa yli puolet tähdistä on pallomaisissa galakseissa.

Suuri osa maailmankaikkeuden galakseista on siis muuttunut tyystin toisenlaiseksi kuin ne olivat syntynsä jäljiltä. 

Suosittu teoria on, että muutokset ovat seurausta kosmisista kolareista. Kun kaksi kiekkomaista galaksia joutuu niin lähelle toisiaan, että ne sulautuvat yhteen, lopputuloksena on kumpaakin törmäilijää paljon suurempi pallomainen galaksi. 

Toisen teorian mukaan muodonmuutokset ovat tapahtuneet rauhallisemmin. Kiekkomaisen galaksin laitamilla syntyneet tähdet olisivat hitaasti vaeltaneet keskemmälle ja kasvattaneet spiraaligalaksille tyypillisen keskuspullistuman suureksi, pallomaiseksi galaksiksi. 

"Galaksit ovat universumin perusrakennuspalikoita, joten niiden muodonmuutos edustaa yhtä merkittävimmistä muutoksista maailmankaikkeuden olemuksessa ja ominaisuuksissa viimeksi kuluneiden kahdeksan miljardin vuoden aikana", arvioi tutkimusryhmää johtanut Steve Eales.

Tutkimuksesta kerrottiin Cardiffin yliopiston uutissivulla ja se on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA

Tuplasuihkusumu Hubble-avaruusteleskoopin ”silmin”

To, 08/27/2015 - 00:06 By Markus Hotakainen
Tuplasuihkusumu

Saksalais-amerikkalainen tähtitieteilijä Rudolph Minkowski löysi vuonna 1947 Käärmeenkantajan tähdistöstä planetaarisen sumun, joka sai luettelonimekseen PN M2-9. Tylsän tunnuksen lisäksi sitä kutsutaan Tuplasuihkusumuksi, jonka alkuperä on kuvasta katsottuna ilmeinen. Etäisyyttä sumulla on noin 4 000 valovuotta.

Planetaarisen sumun keskellä on yleensä elämänsä päätepisteessä oleva tähti, joka on viimeisenä voimanponnistuksenaan sylkäissyt uloimmat kerroksensa avaruuteen laajenevaksi kaasukuoreksi. 

Tuplasuihkusumu on niin sanottu bipolaarinen eli kaksinapainen sumu. Sen sijaan, että planetaarinen sumu leviäisi joka suuntaan, kaasu muodostaa tässä tapauksessa kaksi vastakkaisiin suuntiin puhaltuvaa suihkua, joiden ympärillä on kaasukuplat. Suihkujen virtausnopeus on yli miljoona kilometriä tunnissa.

Sumua ei tee erikoiseksi pelkästään sen poikkeuksellinen muoto. Lisäksi sen keskellä on yhden sijasta kaksi tähteä. Ne ovat massaltaan samaa luokkaa kuin Aurinko, toinen hieman pienempi ja toinen aavistuksen suurempi. Tähdet kiertävät toisensa kerran sadassa vuodessa. 

Toinen tähdistä on vastikään puhaltanut ulkokerroksensa taivaan tuuliin, toinen on ehtinyt muuttua jo valkoiseksi kääpiöksi, suunnilleen auringonmassaisen tähden elinkaaren päätepisteeksi. Tähtien ympärille on kertynyt ainekiekko, jonka läpimitta on noin 30 kertaa suurempi kuin Pluton kiertoradan halkaisija Aurinkokunnassa. Kiekkoa ei kuitenkaan erotu edes Hubblen huipputarkassa kuvassa.

Tuplasuihkusumun muoto johtuu siitä, että valkoinen kääpiö sinkoaa vetovoimallaan kumppanistaan puhaltuneen kaasun kahteen vastakkaiseen suuntaan. Kaasun nopeudesta on voitu päätellä, että sumu on syntynyt vain noin 1 200 vuotta sitten. Vaikka selitys pätee tähän kohteeseen, tutkijat eivät ole varmoja, onko kaikkien bipolaaristen sumujen keskellä kaksoistähtijärjestelmä.

Kuva on julkaistu Hubblen uutissivuilla.

Kuva: ESA/Hubble & NASA/Judy Schmidt

 

Kosminen tuuli riepottelee galaksia

Ma, 08/03/2015 - 11:16 By Markus Hotakainen

Galaksien kehitykseen vaikuttavat sekä sisäiset että ulkoiset tekijät. Tähtien syntytahti riippuu kaasun ja pölyn määrästä, galaksin rakenne puolestaan usein vuorovaikutuksesta naapurigalaksien kanssa. Galaksin kehitys voi kuitenkin pysähtyä – ainakin uusien tähtien synnyn osalta – käytännössä kokonaan, jos kosminen puhuri vie kaasun ja pölyn mennessään.

Prosessi on tutkijoille jo ennestään tuttu, mutta nyt Hubble-avaruusteleskoopilla on saatu tarkka kuva siitä, miten kosminen tuuli vaikuttaa tähtienväliseen aineeseen. Yksityiskohtainen otos 300 miljoonan valovuoden etäisyydellä sijaitsevan Coman galaksijoukon spiraaligalaksista NGC 4921 paljastaa, mitä tähtienvälisessä avaruudessa tapahtuu.

Jos tarkkoja ollaan, kyseessä ei ole tuuli siinä mielessä kuin sen arkikielessä ymmärrämme, vaan ”törmäyspaineesta”, joka syntyy galaksin liikkuessa galaksienvälisessä kaasussa. Vaikutus on kuitenkin samanlainen kuin tilanteessa, jossa voimakas tuuli puhaltaa suoraan menosuunnasta.

"Galaksin 'etureunassa' kaasu ja pöly ovat kasautuneet pitkäksi harjanteeksi, eräänlaiseksi pölyrintamaksi. Siinä erottuu kuitenkin myös pienen mittakaavan rakennetta", Jeffrey Kenney Yalen yliopistosta selittää. "Pölyrintamasta pistää esiin kielekkeitä, joiden arvelemme syntyneen, kun tiheät kaasupilvet ovat erottuneet harvemmasta aineesta."

Kosminen tuuli riepottelee harvaa kaasua mielensä mukaan, mutta tiheiden pilvien kohdalla tilanne on toinen. Kaasun tihentymät alkavat erottua, kun tuuli vie harvan aineen mennessään. Erottuminen ei kuitenkaan ole täydellistä, sillä magneettikentät pitävät tiheän ja harvan kaasun osittain sidoksissa toisiinsa.

"Siksi pölykielekkeet muistuttavat Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa venyvää toffeeta. Pääsemme näkemään pilvien erottumisprosessin ensimmäistä kertaa yksityiskohtaisesti", Kenney toteaa.

 

Kuvassa erottuvat galaktiset pölypilarit ovat samankaltaisia kuin Hubblen tunnetussa kuvassa Kotkasumun “Luomisen pilareista”, jotka ovat syntyneet nuorten, massiivisten tähtien säteilypaineessa. Spiraaligalaksissa havaitut kielekkeet ovat kuitenkin tuhat kertaa suurempia.

Kummassakin tapauksessa ulkoinen tekijä hajottaa kaasu- ja pölypilviä siten, että jäljelle jää vain kielekkeisiä rakenteita: tähtien synty loppuu käytännössä siihen. Sekä Kotkasumun että spiraaligalaksin NGC 4921 "pilareissa" on muodostumassa viimeinen tähtisukupolvi.

"Suuri osa galaksien kehityksestä on seurausta vuorovaikutuksista", Kenney sanoo. "Galakseja muokkaavat törmäykset ja sulautumiset, ja kosminen tuuli puhdistaa niitä kaasusta."

Tutkimuksesta kerrottiin Yale-yliopiston uutissivulla ja se on julkaistu Astronomical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: NASA/ESA/Roberto Colombari

Emme ehkä ole yksin, mutta kaverit ovat kaukana

Ma, 07/06/2015 - 12:38 By Markus Hotakainen

Kuten Linnunradan käsikirja liftareille toteaa, avaruus on iso, tosi iso. Ja ilmeisesti myös tyhjempi kuin tähän asti on luultu. Galakseja saattaa olla vain sadasosa aiemmin arvioidusta.

Hubble-avaruusteleskoopin "syvien" eli hyvin kaukaiseen maailmankaikkeuteen yltävien otosten perusteella on laskeskeltu kaukaisten galaksien lukumääriä, mutta tulokset saattavat olla pahasti pielessä. 

"Tutkimuksemme viittaa siihen, että himmeitä galakseja on selvästi vähemmän kuin olemme uskoneet", toteaa Brian O’Shea, Michiganin valtionyliopiston fysiikan ja tähtitieteen professori.

"Aikaisempien arvioiden mukaan himmeiden galaksien lukumäärä varhaisessa maailmankaikkeudessa olisi ollut satoja tai tuhansia kertoja suurempi kuin Hubble-avaruusteleskoopilla havaittujen kirkkaiden galaksien määrä. Nyt näyttää siltä, että kerroin on vain luokkaa kymmenen."

O’Shean johtama tutkijaryhmä mallinsi galaksien syntyä nuoressa maailmankaikkeudessa Blue Waters -supertietokoneella. Simulaatiossa oli mukana tuhansia galakseja sekä niiden väliset gravitaatio- ja säteilyvuorovaikutukset.

Mallinnus tuotti kirkkaita galakseja jokseenkin havaitun määrän, mutta himmeämpien ja siksi havaitsemattomien tähtijärjestelmien kohdalla tulokset poikkesivat selkeästi aikaisemmista laskelmista. Niiden määrä ei kasvanutkaan eksponentiaalisesti kirkkauden pienentyessä vaan pysyi suunnilleen vakiona. 

Simulaatioita päästään vertaamaan havaintoihin muutaman vuoden kuluttua, kun Webb-avaruusteleskooppi saadaan avaruuteen vuonna 2018. Sillä voidaan tutkia paljon himmeämpiä kohteita kuin Hubblella.

Webbin näkökenttä on kuitenkin suhteellisen pieni, joten havaintoja tulkittaessa on otettava huomioon, että tilastollisesti galaksien määrä vaihtelee maailmankaikkeuden kolkasta toiseen. Se tekee O’Shean ryhmän tekemistä ja muista vastaavista mallinnuksista yhä tärkeämpiä.

"Tarvitsemme entistä syvällisempää teoreettista ymmärrystä, jotta voimme tulkita oikein näkemämme", O’Shea arvioi.

Uudesta tutkimuksesta kerrottiin Michiganin valtionyliopiston uutissivuilla ja se julkaistiin Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/CXC/STSci/DSS/Magellan

Kvasaarit syntyvät galaksien kolaroidessa

La, 06/20/2015 - 18:56 By Markus Hotakainen

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

Hubble tunkeutui eksoplaneetan kaasukehään

Pe, 06/12/2015 - 11:52 By Markus Hotakainen

Monet eksoplaneetat kiertävät tähteään niin lähellä, että niiden lämpötilat huitelevat tuhansissa asteissa. Siksi tutkijoita on askarruttanut, voivatko niiden kaasukehät olla rakenteeltaan alkuunkaan samanlaisia kuin Maan ilmakehä.

Meillä ilmakehän alimmassa kerroksessa eli troposfäärissä, missä tapahtuvat tutut sääilmiöt, lämpötila laskee ylöspäin mentäessä. Noin 15 kilometrin korkeudessa tilanne muuttuu päinvastaiseksi: lämpötila alkaa kohota. 

Syynä on otsoni, joka imee itseensä Auringon ultraviolettisäteilyä. Stratosfäärin lämpötilainversio muodostaa myös "vesilukon", joka estää vesihöyryä kohoamasta ilmakehän yläosiin, missä se hajoaisi vedyksi ja hapeksi.

Samanlainen ilmiö on havaittavissa myös Aurinkokunnan jättiläisplaneetoilla. Niiden kaasukehässä lämpösiepparina toimivat hiilivety-yhdisteet. Useimmat tunnetut eksoplaneetat ovat kuitenkin niin kuumia, että sen enempää otsonia kuin hiilivetyjäkään ei voi esiintyä niiden kaasukehissä.

Tutkijat ovat pohtineet, voiko tällaisilla tulikuumilla planeetoilla olla stratosfääriä lainkaan. Näköjään voi.

Hubble-avaruusteleskoopilla on tehty havaintoja WASP-33b-planeetasta, joka on noin 400 valovuoden etäisyydellä Maasta. Massaltaan planeetta on noin 4,5-kertainen Jupiteriin verrattuna. Se kiertää tähteään alle neljän miljoonan kilometrin etäisyydellä ja yhteen kierrokseen menee aikaa alle 30 tuntia. Pieni etäisyys tekee planeetasta todellisen pätsin.

Infrapuna-alueella on onnistuttu mittaamaan planeetan heijastaman säteilyn spektri, josta löytyi merkkejä vedestä – tai pikemminkin vesimolekyyleistä, sillä planeetan lämpötiloissa vesi ei voi esiintyä nestemäisessä muodossa. Spektrihavaintojen avulla voitiin määrittää lämpötila, joka planeetalla vallitsee.

Vesimolekyylien spektrijäljet syntyvät kaasukehän kerroksessa, jossa lämpötila on noin 3 500 celsiusastetta. Muiden alkuaineiden ja molekyylien säteilystä voitiin päätellä, että alempana lämpötila on "vain" noin 1 600 astetta. 

Planeetan kaasukehässä näyttäisi siis olevan stratosfääri, joka imee itseensä merkittävän osan tähden säteilystä. Siksi lämpötila on sen kohdalla paljon korkeampi kuin sellaisen planeetan kaasukehässä, jolla ei stratosfääriä ole. Samalla stratosfääri kuitenkin "viilentää" lähempänä pintaa oleva kaasukehää. 

WASP-33b:n lämpötiloissa vaihtoehdot Auringon säteilyä imeviksi aineiksi ovat vähissä. Tutkijoiden mukaan planeetan kaasukehässä on titaniumoksidia, joka hoitaa homman. Se imee tehokkaasti sekä näkyvää valoa että ultraviolettisäteilyä. Titaniumoksidi voi myös esiintyä kaasumaisessa olomuodossa kaukaisen planeetan huimissa lämpötiloissa.

Hubblen havainnoista kerrottiin NASAn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä tänään 12. kesäkuuta.

Kuva: NASA/Goddard

 

Itse ilkimys avaruudessa

Pe, 05/22/2015 - 08:12 By Markus Hotakainen

Tähdet eivät useinkaan ole sellaisia kiltisti käyttäytyviä kaasupalloja kuin niiden voisi kuvitella olevan, kun katselee yötaivaalla vakaasti loistavia valopisteitä. Auringossakin kiehuu ja kuohuu, ja aika ajoin sen ulkokerroksissa tapahtuu rajuja räjähdyksiä ja valtaisia purkauksia.

Hubble-avaruusteleskoopilla on päästy seuraamaan varsinaista riehujaa. NaSt1-luettelonimellä tunnetulle tähdelle on annettu lempinimeksi Nasty 1 eli "Ykköspahis". Virallinen nimi tulee tutkijoilta, Jason Nassaulta ja Charles Stephensonilta, jotka löysivät kohteen vuonna 1963. Sillä on etäisyyttä noin 3 000 valovuotta.

Tähti on luokiteltu ominaisuuksiensa perusteella kuuluvaksi niin sanottuihin Wolf-Rayet-tähtiin. Ne ovat paljon Aurinkoa suurempia tähtiä, jotka massiivisuutensa ansiosta kehittyvät hyvin nopeasti. Vedystä koostuvat tähden ulko-osat karkaavat avaruuteen ja paljastavat hyvin kuuman ja kirkkaan ytimen, jonka fuusioreaktioissa helium muuttuu raskaammiksi alkuaineiksi.

Kun avaruuden ilkimystä päästiin tutkimaan tarkemmin, se ei näyttänytkään tyypilliseltä Wolf-Rayet-tähdeltä, vaan joltain aivan muulta: vastaavaa ei ole Linnunradassa aiemmin nähty. Tähden kaasun oletettiin virtaavan avaruuteen kahteen vastakkaiseen suuntaan samaan tapaan kuin eteläisellä taivaalla Kölin tähdistössä näkyvässä Eta Carinaessa.

Todellisuudessa Nasty 1 -tähteä ympäröi litteä kaasukiekko, jolla on läpimittaa lähes kaksi biljoonaa eli 2 000 000 000 000 kilometriä, siis yli 13 000 kertaa Maan ja Auringon välinen etäisyys. Kiekon arvellaan syntyneen, kun näkymätön seuralaistähti on kiskonut vetovoimallaan kaasua jättiläistähden ulko-osista (yllä taiteilijan näkemys).

Tähtiä ympäröivällä kaasukiekolla arvioidaan olevan ikää vain joitakin tuhansia vuosia, joten kosmisessa kalenterissa se on hyvin nuori. "Wolf-Rayet-tähden syntymisestä kahden tähden vuorovaikutuksessa on aniharvoja esimerkkejä, koska tällainen kehitysvaihe kestää hyvin lyhyen aikaa, ehkä vain satatuhatta vuotta. Tuloksena oleva kiekko ei ole havaittavissa välttämättä edes 10 000 vuotta", selittää tutkimusta johtanut Jon Mauerhan Kalifornian yliopistosta Berkeleystä.

Tutkijat arvelevat suuremman tähden olevan niin massiivinen, että se on kehittynyt hyvin nopeasti ja vety on loppumassa sen sisuksista. Kun ydinpolttoaineeksi on vaihtunut helium, tähti on laajentunut. Siksi ulko-osien vety ei ole enää niin tiukasti vetovoiman otteessa, ja pienempi sekä tiheämpi seuralaistähti on päässyt siihen käsiksi. Galaktisen kannibalismin seurauksena ainetta virtaa tähdestä toiseen ja jättiläistähti on siirtynyt Wolf-Rayet-vaiheeseen.

Aiemmin "vetyvuodon" syynä pidettiin yksinäisen tähden voimakasta hiukkastuulta. Kaksoistähtimalli on tullut suositummaksi, kun on käynyt ilmi, että suurin osa, jopa 70 prosenttia, massiivisista tähdistä kuuluu kaksoistähtijärjestelmiin. Pelkästään tähtituuleen perustuva massakato ei pysty selittämään Wolf-Rayet-tähtien lukumäärää Linnunradassa.

Massiivisen tähden vuodattama aine ei kuitenkaan aina päädy kasvattamaan seuralaistähden massaa. Osa siitä voi karata kummaltakin ja muodostaa kaksoistähden ympärille valtaisan kiekon – juuri kuten Nasty 1 -järjestelmässä. Siinä tähtikannibalismi on hyvin sottaista syömistä.

 

Kaksoistähden tarkempaa tutkimusta haittaa kiekon kaasu ja pöly. Edes Hubblen avulla ei pystytä erottamaan itse tähtiä, joten niiden massoja, keskinäistä etäisyyttä tai karkaavan aineen määrää ei pystytä määrittämään. 

Nopeudesta on kuitenkin saatu mittaustuloksia: kaasu liikkuu kiekon ulkolaidoilla yli 35 000 kilometrin tuntinopeudella. Se vaikuttaa paljolta, mutta esimerkiksi Eta Carinae -tähden räjähdysmäiset purkaukset sinkoavat ainetta avaruuteen satojentuhansien kilometrin tuntinopeudella.

Nasty 1 -tähden ainepako on siis varsin verkkaista ja lisäksi se vaikuttaa jaksottaiselta. Kiekon eri osissa lämpötila ja tiheys vaihtelevat, mikä viittaa siihen, että ainetta karkaa avaruuteen sykäyksittäin. Se selittäisi myös kiekon ulkolaitojen kokkareisen rakenteen.  

Kaksoistähden tulevaisuus ei ole valoisa – tai oikeastaan päinvastoin, se on hyvinkin valoisa. Kun tiivis seuralainen kasaa itseensä yhä enemmän ainetta, se voi ennen pitkää räjähtää supernovana, joka loistaa hetken aikaa yhtä kirkkaana kuin kokonainen galaksi. Toinen vaihtoehto on, että massiivisen tähden vetyvarantojen loputtua ainekiekko hajaantuu hitaasti ja paljastaa sisällään lymynneen erikoisen kaksoistähden.

Tutkimus julkaistiin 21. toukokuuta Royal Astronomical Societyn Monthly Notices -verkkojulkaisussa.

Kuvat: NASA/ESA/G. Bacon (STScI) (art), NASA/ESA/J. Mauerhan (University of California, Berkeley)

Kääpiöt karkuteillä

Pe, 05/15/2015 - 17:12 By Markus Hotakainen

Otsikko ei viittaa Disneyn ensimmäisen pitkän värianimaation Lumikin ja seitsemän kääpiön kuvitteelliseen jatko-osaan, vaan pallomaisessa tähtijoukossa 47 Tucanae käynnissä olevaan tähtien jäänteiden eli valkoisten kääpiöiden vaellukseen.

Valkoiset kääpiöt ovat Auringon kokoluokkaa olevien tähtien kehityksen päätepisteitä. Kun tähden polttoaine alkaa loppua, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja lopulta puhaltaa suuren osan aineestaan avaruuteen. Jäljelle jää hiljalleen laajeneva ja harveneva planetaarinen sumu, ja suunnilleen Maan kokoinen valkoinen kääpiö.

Pallomaisissa tähtijoukoissa valkoiset kääpiöt käyvät levottomiksi ja alkavat siirtyä hitaasti kohti joukon laitamia. Syynä on erimassaisten tähtien gravitaatiobiljardi. Ohitellessaan massiivisia jättiläistähtiä pienemmät tähdet – ja valkoiset kääpiöt – ryöväävät niiltä liike-energiaa. Saadessaan lisää vauhtia pienet tähdet viilettävät kauemmas joukon tiheästä keskustasta, mihin puolestaan massiiviset tähdet "putoavat" niiden nopeuden hidastuttua.

Tähän asti tämä kaikki on ollut teoriaa ja perustunut havaintoihin tähtien jakaumasta pallomaisissa joukoissa. Nyt Hubble-avaruusteleskoopilla on ensimmäisen kerran onnistuttu näkemään, kun valkoiset kääpiöt matkaavat kohti joukon ulko-osia.

47 Tucanae on satojen tuhansien tähtien muodostama pallomainen joukko, joka sijaitsee noin 16 700 valovuoden etäisyydellä eteläisellä taivaalla Tukaanin tähdistön suunnassa. Se on taivaan toiseksi kirkkain pallomainen joukko Omega Centaurin jälkeen ja näkyy helposti paljain silmin – jos matkustaa riittävän etelään sitä katselemaan. 

Hubblella tehdyissä havainnoissa tutkittiin noin neljännestä tähtijoukon valkoisista kääpiöistä. Noin 3 000 kääpiötä jakautui pääosin kahteen ryhmään. Toiseen kuului noin kuuden miljoonan vuoden ikäisiä ja toiseen noin 100 miljoonan vuoden ikäisiä kääpiöitä.

Nuoremmat kääpiöt ovat vasta aloittaneet vaelluksensa, mutta vanhemmat ovat jo "perillä" kaukana joukon tiheästä keskustasta. Eteneminen on hidasta, sillä kääpiöt eivät singahda joukon laitamille suorinta tietä, vaan niiden kiertorata joukon sisällä kasvaa vähitellen, noin 50 kilometrin tuntivauhdilla. Siten koko matkaan kuluu aikaa noin 40 miljoonaa vuotta. Se ei kuitenkaan ole pitkä aika verrattuna joukon ikään, joka on noin 10 miljardia vuotta.

Vaelluksessa ja sen havaitsemisessa ei sinänsä ole mitään yllättävää, mutta tutkijat hämmästelivät sitä, että nuorimmat kääpiöt ovat vasta lähdössä matkaan. Se saattaa viitata siihen, että kuoleva tähti puhaltaa valtaosan massastaan avaruuteen kehityksensä myöhemmässä vaiheessa kuin tähän asti on arveltu. Hubblella tehtyjen havaintojen perusteella tähti menettää noin puolet massastaan vasta kymmenisen miljoonaa vuotta ennen muuttumistaan valkoiseksi kääpiöksi.

Havaintojen teko onnistui Hubble-avaruusteleskoopilla, koska se toimii myös ultraviolettialueella, jolla kuumat valkoiset kääpiöt erottuvat kirkkaina. Lisäksi Hubble on Maata kiertävällä radalla, ultraviolettisäteilyä tehokkaasti suodattavan ilmakehän ulkopuolella.

Kuvat: NASA/ESA/H. Richer & J. Heyl (University of British Columbia)

 

 

Kaikkeuden kaukaisin galaksi

Ti, 05/05/2015 - 12:55 By Markus Hotakainen

Tähtitieteessä etäisyys tarkoittaa myös paluuta menneisyyteen: mitä pidempi matka, sitä kauemmas historiaan katsotaan. Kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt poikkeuksellisen kirkkaan galaksin, jolla on etäisyyttä yli 13 miljardia valovuotta. Nyt havaittu säteily on siis lähtenyt matkaan, kun maailmankaikkeuden ikä oli vain viitisen prosenttia nykyisestä eli noin 670 miljoonaa vuotta.

Kymmenmetrisellä Keck I -teleskoopilla tehtyjen havaintojen mukaan EGS-zs8-1-nimellä tunnettu galaksi oli varhaisen maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja massiivisimpia kohteita.

Galaksista on tehty havaintoja aiemminkin Hubble- ja Spitzer-avaruusteleskoopeilla, mutta etäisyys saatiin määritettyä Havaijilla sijaitsevan Keck-observatorion uudella MOSFIRE-instrumentilla (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration). Sillä pystytään tekemään spektrimittauksia yhtä aikaa useista kohteista infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla.

 

 

Nykymittapuun mukaan EGS-zs8-1 ei ollut mikään jättiläinen, sillä sen massaksi on määritetty vajaa kuudesosa Linnunradan massasta. Merkittävää on kuitenkin se, että galaksi oli ehättänyt kerätä niinkin paljon ainetta alle 700 miljoonassa vuodessa. Nopeasti kasautuneesta kaasusta syntyi myös tähtiä hyvin tiuhaan tahtiin, noin 80 kertaa nopeammin kuin Linnunradassa nykyisin.

Alle miljardin vuoden ikäisen maailmankaikkeus tutkimus on merkittävää paitsi galaksien synnyn myös universumin itsensä kehittymisen kannalta. Noihin aikoihin galaksienvälinen vetykaasu oli muuttumassa neutraalista ionisoiduksi eli elektronit lähtivät karkuteille.

"Näyttää siltä, että EGS-zs8-1:n kaltaisten ensimmäisten galaksien nuoret tähdet olivat keskeisin tekijä tässä reionisaatioksi kutsutussa muutoksessa", arvioi tutkimukseen osallistunut Rychard Bouwens Leidenin observatoriosta.

Viimeaikaiset havainnot sekä Keck- että Hubble- ja Spitzer-teleskoopeilla ovat osoittaneet, että massiivisia galakseja syntyi jo nuoressa maailmankaikkeudessa. Niiden ominaisuudet olivat kuitenkin tyystin toisenlaisia kuin nykyisillä tähtijärjestelmillä. Syynä oli mitä ilmeisimmin hyvin nopea massiivisten tähtien syntyprosessi ja näiden nuorten tähtien vuorovaikutus galakseissa olevan kaasun kanssa.

Kaikkeuden kaukaisimmasta galaksista kerrottiin Keck-observatorion uutissivuilla ja tutkimus julkaistiin tänään Astrophysical Journal Letters -lehdessä.

Kuvat: NASA/ESA/P. Oesch & I. Momcheva (YALE UNIVERSITY)/THE 3D-HST/HUDF09/XDF TEAMS (galaksi) ja NASA/JPL (Keck-observatorio)