gaia

Musta aukko säteilee valtavasti, koska siihen putoava kaasu alkaa hohtaa kiihtyessään ja muun kaasun kanssa yhteen osuessaan. Aukon ympärillä on kerääntymäkiekko, joka on säteilyn lähde; itse musta aukko ei säteile valoa.

"Jos tämä monsteri olisi Linnunradan keskustassa, niin se olisi kymmenen kertaa täysikuuta kirkkaampi. Se olisi hyvin kirkas piste taivaalla ja sen loiste peittäisi alleen kaikkien muiden tähtien valon."

Tosin jos näin massiivinen musta aukko olisi Linnunradan keskellä, olisi meillä tukalat olot. Se säteilee valon lisäksi paljon ultraviolettisäteilyä sekä röntgensäteitä, jotka grillaisivat koko ajan maapalloa.

Kyseessä oleva musta aukko on kuitenkin erittäin kaukana, eikä siitä ole meille haittaa. Se on itse asiassa varsin heikkovaloinen, eikä sitä voi havaita ilman tehokasta kaukoputkea. Havainnot siitä tehtiin Australiassa Coonabarabranin luona olevassa Siding Spring -observatoriossa olevalla kaukoputkella, joka katsoo taivasta pääasiassa infrapunavalon alueella.

Kohde näkyy lähi-infrapunassa, koska sen valo on siirtynyt punaisen suuntaan liikkuessaan laajenevan maailmankaikkeuden halki vuosimiljardien kuluessa.

Wolfin ryhmä on etsinyt supermassiivisia mustia aukkoja jo jonkin aikaa, ja nyt tehty havainto pystyttiin varmistamaan viime kuussa julkistettujen Gaia-satelliitin tietojen avulla.

Löytö varmistettiin vielä Siding Springissä olevalla 2,3-metrisellä peilillä varustetulla teleskoopilla.

Supermassiiviset mustat aukot ovat kiinnostavia paitsi sinällään, niin myös siksi, että niiden avulla voidaan tutkia varhaista maailmankaikkeutta ja sen kehitystä.

*

Löydöstä kertova tutkimus ilmestyy pian Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA) -julkaisussa: https://arxiv.org/abs/1805.04317

Otsikkokuvassa on supermassiivinen musta aukko Hubble-avaruusteleskoopin kuvaamana. Se näyttää samalta, mutta ei ole tutkimuksessa ollut kvasaari. Kuva: Hubble (ESA/NASA)

Taivastahan ei ole paikallaan, vaikka se siltä näyttää. Kaikki tähdet liikkuvat toistensa suhteen ja kun Gaian tekemien havaintojen perusteella nopeutetaan tähtien liikkeitä ja jatketaan liikettä tulevaisuuteen, näyttää taivas tältä:

Koska kaikki taivaallamme näkyvät tähdet ovat Linnunradassa, omassa kotigalaksissamme, voidaan näistä tähtien liikkeistä nähdä miten Linnunrata pyörii ja miten siihen kuuluvat tähtijoukot ja muut vastaavat liikkuvat. Tästäkin on tehty animaatio:

Gaian tuloksien avulla päästään myös käsiksi ennenkuulumattoman tarkasti galaktiseen arkeologiaan.

Tiedoista on koottu uusi, tarkka ns. Hertzsprung-Russell -kuvaaja, missä on tähtien kirkkaudet ja värit. Kuvaajan avulla voidaan tutkia tähtien kehitystä ja sitä, miten yksittäiset tähdet muuttuvat elämänsä aikana ja siirtyvät kuvaajassa.

Kiinnostavaa kartassa on valkoisten kääpiötähtien eri tyypit. Esimerkiksi Auringosta tulee aikanaan valkoinen kääpiö, kun sen vety alkaa loppua. Kuvaaja näyttää selvän eron runsaasti vetyä sisältävien ja heliumrikkaiden kääpiöiden välillä.

Tietojen avulla voidaan myös katsoa millaisia tähtiä on eri puolilla Linnunrataa. Tästä voidaan päätellä miten esimerkiksi galaksimme keskellä olevan kiekon ympärillä oleva halo on muodustunut.

Uusi tietokanta pitää sisällään myös tietoja siitä, miten Linnunradan luona olevan Magellanin pilven tähdet liikkuvat; tämä on otsikkokuvassa.

*

Gaian uusi tietokanta on täällä: archives.esac.esa.int/gaia

Hienoja 3D-visualisointeja on puolestaan täällä: sci.esa.int/gaia-vr

Otsikkokuva:  Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC); P. McMillan, Lund Observatory, Sweden; A. Moitinho / A. F. Silva / M. Barros / C. Barata, University of Lisbon, Portugal; H. Savietto, Fork Research, Portugal

Gaian tuloksia julkaistiin jo syyskuussa 2016, mutta Timon mukaan se oli vain harjoittelua.

Otsikkokuvassa on tuon tietokannan perusteella tehty kuva Linnunradasta.

"Siinä ensimmäisessä kartassa oli kaksi miljoonaa tähteä, mutta tässä uudessa on yli 1,3 miljardia tähteä. Se on aikamoinen harppaus eteenpäin, ei voi kuin aavistaa mitä kaikkea tutkijat tulevat tekemään tällä tiedolla."

Jo ensimmäisen tietokannan perusteella on tehty yli 400 referoitua julkaisua.

Tähdistä tietokannassa on niiden erittäin tarkat sijainnit taivaalla ja kirkkaudet, mutta tässä uudessa listassa on lisäksi noin 1,1 miljardin tähden värit. Gaia pystyy sanomaan alle millikaarisekunnin tarkkuudella tähtien sijainnit.

"Ensimmäistä kertaa optisilla aallonpituuksilla päästään alle millikaarisekunnin tarkkuuteen."

Tämä tarkoittaa samaa kuin voisi nähdä New Yorkista katsottuna 20 sentin kolikon Eiffeltornin huipulla.

"Lisäksi olemme voineet mitata tähtien radiaalinopeuksia, eli vauhtia, jolla tähdet tulevat meitä kohden tai etääntyvät meistä. Tämä voidaan tehdä toistaiseksi vain kirkkaimmille tähdille, eli sellaisille, jotka ovat magnitudia 12 ja vähemmän. Näistä listassa on noin kuusi miljoonaa."

Ja lista jatkuu edelleen: "puoli miljoonaa muuttuvaa tähteä ja 13 000 omassa aurinkokunnassamme olevan pienkappaleen astrometristä mittausta.

Asteroidien ja komeettojen mittaukset ovat kiinnostavia siksi, että Gaian avulla voidaan niiden ratoja Auringon ympärillä laskea hyvin tarkasti. Tämä tuo mukanaan jännittävän yllätyksen:

"Kun esimerkiksi asteroidi kulkee radallaan jonkun toisen asteroidin läheltä, niin niiden radat muuttuvat vähän. Voimme nyt mitata tämän ratamuutoksen tarkasti ja sen avulla voimme laskea asteroidien massoja. Tällä hetkellä emme tunne hyvin niiden massoja, mutta Gaian avulla saamme tästä lisää tietoa."

Gaian ensimmäisten tulosten mukaan tehty kartta Linnunradasta.

Alussa oli ongelmia

Kun Gaia laukaistiin avaruuteen joulukuussa 2013, huomattiin pian, että sen havaintolaitteisiin tuli jostain hajavaloa. Sen kaksi teleskooppia eivät siis olleet sisältä täydellisen pimeitä siten, että ne näkivät vain ja ainoastaan tähtitaivaan kuvan, vaan jostain sivusta tuli hieman valoa.

Kyse ei ollut suuresta asiasta, mutta hajavalo haittasi hieman havaintojen tekemistä. 

"Etsimme syytä siihen, mutta emme löytäneet, joten tälle ei voinut tehdä mitään. Onneksi tätä voidaan korjata havaintoja käsittelemällä, ja mitä enemmän meillä on havaintoja, niin sitä vähemmän tämä haittaa."

Toinen alussa ollut yllättävä ongelma oli teleskooppien peileihin kertynyt jäähuuru. Satelliitin sisälle oli kaikesta puhdistamisesta huolimatta jäänyt vähän vesihöyryä, joka tiivistyi ja jäätyi peilien pinnoille. Tämäkin ongelma oli pieni ja jäätä oli hyvin vähän, mutta kun kyse on erittäin tarkoista havainnoista, oli tilanne harmittava.

Tältä varalta peilejä voidaan lämmittää, ja nyt näyttää siltä, että tästä ongelmasta on päästy eroon. Vesihöyry on häipynyt avaruuteen niiden pienenpienien rakojen kautta, mistä se sisälle pääsi tunkeutumaan.

"Kolmas ongelma oli se, että teleskooppien välinen kulma on heilahdellut", harmittelee Timo ja viittaa siihen, että Gaian kaksi teleskooppia katsovat avaruuteen eri suuntiin, niin niiden välisen kulman pitäisi olla tarkalleen 106,5°.

"Tässä on ollut millikaarisekunnin heilahtelua. Se johtuu varmaankin rakenteen lämpölaajenemisesta, eikä sitä osattu ottaa huomioon, koska Gaia on ensimmäinen havaintolaite, joka voi nähdä näin pientä liikettä. Vastaavaa on voinut olla aiemminkin avaruusteleskoopeissa, mutta sitä ei ole vain havaittu."

Onneksi nämä muutokset voidaan mitata ja korjata tuloksissa.

Gaiassa on kaksi teleskooppia, joissa on kooltaan 1,45 × 0,5 metriä olevat peilit ja ne katsovat avaruuteen 106,5° astetta eri suuntiin. Kun satelliitti pyörii, keilaavat teleskoopit koko taivasta.

Kaasua riittää vuoteen 2024

Periaatteessa mitä pitempään mittauksia jatketaan, sitä tarkempia tuloksista tulee. Siksi on hyvä, että näillä näkymin Gaia jatkaa toimintaansa paljon suunniteltua pitempään.

"Laukaisun aikaan suunnittelimme satelliitin tekevän tiedehavaintoja vähintään viiden vuoden ajan ja tämä aika tulee täyteen nyt ensi kesällä", Timo selittää. 

Toimintaa rajoittava tekijä on ns. kylmän kaasun määrä. Sitä käytetään satelliitin asennon säätöön ja pyörittämiseen. 

"Kun se loppuu, niin emme voi enää tehdä tarkkoja kuvia. Viimeisimmän tiedon mukaan näin käy vuonna 2024 plus miinus yksi vuosi. Eli viiden vuoden sijaan voisimme tehdä havaintoja Gaialla kymmenen vuoden ajan. Avaruus on vaarallinen paikka ja mitä tahansa voi tapahtua milloin vain, mutta tällä hetkellä näyttää tosiaan siltä, että voimme jatkaa vielä vuosien ajan."

Satelliitit tuntuvat nykyisin kestävän hyvin ja koska niihin laitetaan varmuuden vuoksi mukaan ylimääräistä polttoainetta (ja Gaian tapauksessa ohjauskaasua), on suunnitellun toiminta-ajan ylittäminen normaalia. Kun lennonjohto oppii vielä pian optimoimaan satelliitin käyttöä, kuluu polttoainetta vielä suunniteltua vähemmän.

Jatkoaika vaatii kuitenkin byrokratiaa, sillä satelliitin ylläpito ja sen tulosten vastaanotto maksaa. Nyt Gaialle on saatu epävirallisesti lupaus työn jatkumisesta ainakin vuoden 2020 loppuun, ja todennäköisesti tätä jatketaan ainakin vuoteen 2022 saakka. Kriteerinä jatkoajalle on se, voiko satelliitti tuottaa enää uutta, kiinnostavaa tietoa, ja ainakin toistaiseksi lisähavainnot auttavat parantamaan laatua olennaisesti.

Gaian tietokanta numero kolme joskus tulevaisuudessa tulee olemaan siksi tätäkin parempi ja massiivisempi.

Samalla Timo ja muut tutkijat katsovat kuitenkin jo tulevaisuuteen.

"Olisi hyvä tehdä Gaian kaltainen satelliitti joskus 40 vuoden päästä, koska kun toistaisimme havainnot tuolloin uudelleen, niin saisimme erittäin kiinnostavia tuloksia. Pääsisimme esimerkiksi katsomaan oman Linnunratamme tähtien liikkeiden lisäksi lähellämme olevien Magellanin pilvien tähtien liikkeitä. Se auttaisi muun muassa mittaamaan ensimmäistä kertaa tarkasti mahdollisen pimeän aineen määrää."

Lisäksi olisi kiinnostavaa, jos uusi laite voisi tehdä havaintoja myös lähi-infrapunassa pelkän optisen alueen sijaan.

"Voisimme nähdä silloin pölypilvien peitossa olevia nuoria ja vanhoja tähtiä. Se olisi jännää!"

*

Juttua on päivitetty 25.4. päivällä olleen tiedostustilaisuuden jälkeen. Lue myös uudempi juttumme!

Tämä ensimmäinen uuden asteroidin löytö julkistettiin viime tiistaina 24.1.2017, kun tutkijat kokoontuivat Sitgesissä, Espanjassa.

Päätehtävänsä ohella Gaian on arvioitu havaitsevan muun muassa yli 300 000 Aurinkokunnan asteroidia.

Lokakuussa 2016 Gaian löytämä ja aluksi Gaia-606 nimellä tunnettu asteroidi 2016 UV56 on ensimmäinen aiemmin tuntematon asteroidi, jonka olemassaolo on nyt kyetty varmistamaan maanpäällisten kaukoputkien havainnoilla.

Tämä muutaman kilometrin läpimittainen asteroidi liikkuu Marsin ja Jupiterin ratojen välissä sijaitsevan asteroidien päävyöhykkeen ulko-osissa.

Gaian asteroidihavaintojen perusteella Aurinkokunnan pienkappaleista saadaan järjestelmällistä ja tarkkaa tietoa.

Kertyneestä havaintoaineistosta voidaan mm. johtaa muoto- ja pyörimismalleja vähintään kymmenille tuhansille asteroideille. Massoja voidaan johtaa vähintään sadoille asteroideille, ja havaittujen asteroidien radat voidaan ennustaa tarkasti satakunta vuotta eteenpäin.

Vaikka nyt julkistettiin ensimmäinen uusi asteroidi, kerrottiin Gaian tieteellisistä havainnoista ensimmäisen kerran jo viime syksyllä. Silloin julkistettiin mm. yllä oleva kartta, missä on ensimmäisten 14 havaintokuukauden aikana kerätty havaintoaineisto tähtien ja kvasaarien paikoista. 

Laadunvarmistuksen jälkeen osa paikkatiedoista ei vielä ollut julkaisukelpoista, mutta siitä huolimatta Gaian havaintoaineistosta johdettu tähtikatalogi on jo käytännössä paras olemassa olevista katalogeista.

Tämän osoittaa esimerkiksi se, että aineistoon liittyvät tieteelliset julkaisut ovat muutamassa kuukaudessa keränneet jo satoja viittauksia tutkijoilta eri puolilta maailmaa.

Gaian toinen tiedonjulkistus ajoittuu vuoden 2018 loppuun, ja se sisältää tähtiaineiston lisäksi kirkkaus- ja paikkatietoa 10 000 asteroidista.

Yllä on osa Gaian elokuuhun 2015 mennessä tekemistä tunnettujen asteroidien havainnoista. Väriskaala kuvaa asteroidin ennustetun ja havaitun paikan erotusta. Yksi aste jaetaan 3600 kaarisekuntiin (eng. arcsec).

Kuva yllä: ESA/Gaia/DPAC/CU4, L. Galluccio, F. Mignard, P. Tanga (Observatoire de la Côte d'Azur)

Osa yllä olevasta jutusta perustuu Helsingin yliopiston tiedotteseen.

Euroopan avaruusjärjestö ESA laukaisi Gaian joulukuussa 2013 avaruuteen ja se aloittaa juuri näihin aikoihin työnsä, eli kotigalaksiamme Linnunradan kartoittamisen sen tähtien avulla.

Viisivuotisen missionsa aikana Gaia mittaa yli miljardin tähden paikat ja liikkeet ja luo näin erittäin tarkan kolmiulotteisen kartan omasta galaksistamme Linnunradasta. Kaupan päälle Gaia mm. löytää satoja tuhansia uusia eksoplaneettoja sekä havaitsee satoja tuhansia oman Aurinkokuntamme asteroideja. Gaian avulla myös testataan Albert Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa.

Tiedetuubi on seurannut Gaian tekemistä, tehtävää ja laukaisua monin jutuin: ne ovat listattuna täällä.

Kuvat observatoriolta: Timo Huvilinna / Helsingin yliopistomuseo