etäisyys

Tätä ennen mystisiä radiopurkauksia oli havaittu vuodesta 2007 lähtien vasta 16 kappaletta. Niiden on arveltu olevan kaukaisia ilmiöitä, mutta aiemmin etäisyyttä ei ole onnistuttu mittaamaan. 

Australialaisen CSIROn (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) radioteleskoopeilla ja japanilaisella Subaru-teleskoopilla tehtyjen havaintojen perusteella FRB 150418 -tunnuksen saanut purkaus tapahtui noin kuuden miljardin valovuoden etäisyydellä. 

FRB 150418 havaittiin viime vuoden huhtikuun 15. päivänä Parkesin radioteleskoopilla. Kaksi tuntia myöhemmin Compact Array Telescope (kuvassa) käännettiin samaan suuntaan. Usean teleskoopin muodostamalla järjestelmällä seurattiin kuuden vuorokauden ajan radiopurkauksen jälkihehkun himmenemistä. Pitkän ajanjakson ansiosta havaintoja pystyttiin tekemään noin tuhat kertaa tarkemmin kuin aikaisemmista purkauksista.

Kun Havaijilla sijaitseva 8,2-metrinen Subaru-teleskooppi suunnattiin samaan kohteeseen, saatiin näkyviin himmeä elliptinen galaksi. Sen punasiirtymän perusteella etäisyydeksi määritettiin noin kuusi miljardia valovuotta.

Galaksi on kehityksessään hyvin pitkällä, joten siinä ei enää synny tähtiä kovin tiuhaan tahtiin. "Odotimme jotain aivan muuta", toteaa Simon Johnston. "Saattaa olla, että purkaus on seurausta esimerkiksi kahden neutronitähden törmäyksestä eikä liity mitenkään tähtien syntyprosesseihin."

Nopeiden radiopurkausten tutkimus saattaa mullistua, kun niitä aletaan etsiä 36 radioteleskoopin muodostamalla ASKAP-järjestelmällä (Australian Square Kilometre Array Pathfinder). "Pääsemme etsimään radiopurkauksia ASKAPilla vielä tämän vuoden kuluessa", Johnston arvioi. "Oletamme löytävämme niitä useita viikossa, mikä muuttaisi tilanteen täysin."

Nopeissa radiopurkauksissa voi vapautua millisekunnissa saman verran energiaa kuin Aurinko säteilee 10 000 vuodessa, mutta niiden syntymekanismista ei ole selvyyttä. Vaikka purkauksia on havaittu vasta vajaat kaksikymmentä, niitä on arvioitu tapahtuvan jopa 10 000 vuorokaudessa eri puolilla taivasta.

Tutkimus osoittaa, että radiopurkauksista tehtäviä havaintoja voidaan käyttää myös maailmankaikkeuden rakenteen selvittämiseen. Niiden avulla voidaan "punnita" universumi eli määrittää tavallisen aineen kokonaismäärä. Sitä arvioidaan olevan vain viisi prosenttia koko maailmankaikkeuden massa- ja energiasisällöstä, mutta siitäkin noin puolet on vielä "hukassa" eli siitä ei voida tehdä suoria havaintoja.  

Tutkimuksesta kerrottiin CSIROn uutissivuilla ja se julkaistaan Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: CSIRO

Planetaariset sumut ovat suunnilleen Auringon kokoisten tähtien hitaasti hiipuvia jäänteitä. Kun tähden sisuksista alkaa loppua fuusioreaktioihin kelpaava polttoaine, se laajenee punaiseksi jättiläiseksi. 

Ennen pitkää epävakaaksi käynyt tähti puhaltaa ulkokerroksensa avaruuteen laajenevaksi kaasukuoreksi tai -kuplaksi. Keskelle jää Maan kokoluokkaa oleva valkoinen kääpiö, jonka säteily saa sen ympärille levittäytyneen kaasun hohtamaan. 

Planetaariset sumut eivät kuitenkaan ole kovin pitkäikäisiä – etenkään tähden elinkaareen verrattuna. Kun esimerkiksi Auringon koko elinajaksi arvioidaan noin kymmenen miljardia vuotta, planetaarinen sumu hälvenee näkymättömiin joidenkin kymmenien tuhansien vuosien aikana.

Pelkästään omassa Linnunradassamme tunnetaan silti tuhansia planetaarisia sumuja. Ongelmana on vain se, että niiden etäisyyksien määrittäminen on ollut vaikeaa – tähän asti.

Hong Kongin yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt uuden menetelmän, jolla planetaaristen sumujen etäisyydet pystytään mittaamaan paljon aiempaa tarkemmin. Samalla saadaan selkeämpi käsitys niiden kokojakaumasta. 

"Vuosikymmenten ajan planetaaristen sumujen etäisyydenmääritys on ollut vakava, lähes ylivoimainen ongelma, koska sekä itse sumut että niiden keskustähdet ovat ominaisuuksiltaan äärimmäisen vaihtelevia", toteaa ryhmää johtanut David Frew.

"Etäisyyksien tunteminen on kuitenkin keskeisen tärkeää, mikäli haluamme ymmärtää niiden todellisen luonteen ja fysikaaliset ominaisuudet."

Ratkaisu on periaatteessa yksinkertainen. Ensin arvioidaan tähtienvälisen kaasun ja pölyn aiheuttama valon himmeneminen planetaarisen sumun suunnassa, sitten kohteen näennäinen koko taivaalla ja lopuksi sen kirkkaus.

Näin on saatu laskettua "pintakirkkausrelaatio", joka on kalibroitu 300 planetaarisen sumun avulla. Niiden etäisyydet on puolestaan mitattu muilla, toisistaan riippumattomilla keinoilla.

"Perustekniikassa ei ole mitään uutta, mutta menetelmä poikkeaa aikaisemmista siinä, että tässä käytetään kaikkein tuoreimpia ja luotettavimpia mittauksia kaikista kolmesta keskeisestä ominaisuudesta", ryhmään kuulunut Quentin Parker toteaa. Tarkkuutta lisää se, että aineistosta on poistettu virhehavainnot mahdollisimman huolellisesti.  

Uutta menetelmää voidaan soveltaa sekä kirkkaisiin että himmeisiin sumuihin – kirkkauserot voivat olla monisatatuhatkertaisia – ja sillä saadaan selville etäisyydet jopa viisi kertaa aiempaa tarkemmin.

"Uudella mittatikullamme voidaan ensimmäisen kerran määrittää tarkasti hyvin himmeidenkin planetaaristen sumujen etäisyydet. Koska kaikkein suurimmat sumut ovat yleisimpiä, niiden etäisyyksien mittaaminen oikein on keskeisen tärkeää", toteaa Frew.

Kuvakollaasissa on 22 planetaarista sumua järjestettynä niiden koon mukaan. Mittakaavapalkin pituus on neljä valovuotta, joten kokoskaala on melkoisen laaja. Kaikkein suurimmat planetaariset sumut kattaisivat reilusti koko kuva-alan.

Uudesta mittatikusta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: ESA/Hubble & NASA, ESO, Ivan Bojicic, David Frew, Quentin Parker