galaksi

ALMA paljasti mustan aukon mielettömän magneettikentän

Ti, 04/21/2015 - 22:32 By Markus Hotakainen

Atacaman autiomaassa Chilessä sijaitsevalla ALMA-radioteleskooppijärjestelmällä (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on tehty havaintoja mustan aukon magneettikentästä, joka päihittää voimakkuudessa kaikki aiemmin tunnetut.

Tehdyt havainnot ovat tärkeitä paitsi tutkitun galaksin keskustassa möykkäävään mustaan aukkoon liittyvien ilmiöiden ymmärtämiseksi myös yleisemmin. Melkein kaikkien galaksien keskellä on supermassiivinen musta aukko ja etenkin galaksien varhaisissa vaiheissa se vaikuttaa suuresti koko tähtijärjestelmän kehitykseen.

Kun miljardeja kertoja Aurinkoa massiivisemmalla mustalla aukolla on paljon "syötävää" eli ainetta, joka syöksyy sen uumeniin, aukon ympärille muodostuu kertymäkiekko. Ennen katoamistaan aukkoon aineen kiertonopeus kasvaa huimaavaksi ja aine kuumenee niin paljon, että se säteilee voimakkaasti eri aallonpituusalueilla.

Joissakin tapauksissa syntyy myös kaksi ainesuihkua, jotka etenevät liki valonnopeudella kiekon pyörimisakselin myötäisesti vastakkaisiin suuntiin. Suihkujen syntyprosessi on ollut hämärän peitossa, joskin syypääksi on arveltu voimakasta magneettikenttää. Nyt epäily on varmistunut.  

Aiemmin on onnistuttu havaitsemaan ainoastaan heikkoja magneettikenttiä kaukana, useiden valovuosien etäisyyksillä mustista aukoista. Tuoreessa tutkimuksessa Chalmersin teknillisen korkeakoulun ja Onsalan avaruusobservatorion tutkijat ovat onnistuneet selvittämään ALMAn avulla olosuhteita galaksissa PKS 1830-211 olevan mustan aukon lähistöllä, täsmälleen siellä, missä suihkut syntyvät.

 

Mustan aukon läheisyydessä esiintyvää magneettikenttää ei parane mennä mittailemaan paikan päälle – tosin se ei ole teknisestikään mahdollista – joten havainnot perustuvat säteilyn polarisaatioon. Kun säteily etenee magneettikentässä olevassa aineessa, sen polarisaatio muuttuu ja siitä voidaan päätellä kentän voimakkuus.

Havaintojen mukaan mustan aukon kertymäkiekosta tulevan säteilyn polarisaatio on kiertynyt hyvin voimakkaasti. "Tekemiemme havaintojen mukaan polarisaation kiertymä on satoja kertoja voimakkaampaa kuin missään muualla maailmankaikkeudessa", toteaa Sebastien Muller, yksi tutkijaryhmän jäsenistä.

Samalla päästiin tutkimaan yksityiskohtaisesti olosuhteita lähempänä mustaa aukkoa kuin aiemmin on ollut mahdollista. Säteilyssä havaittu polarisaatio on syntynyt ainoastaan joidenkin valovuorokausien etäisyydellä tapahtumahorisontista eli rajasta, jonka takaa ei ole mahdollisuutta saada minkäänlaista informaatiota. Yksi valovuorokausi on noin 26 000 000 000 kilometriä eli ainoastaan neljä kertaa Auringon ja Pluton välinen keskietäisyys.

Havainnoista kerrottiin Euroopan eteläisen observatorion ESOn sivuilla ja tutkimus ilmestyi Science-tiedelehdessä (maksullinen) 17. huhtikuuta.

Kuvat ESO / L. Calçada (musta aukko) / B. Tafreshi (ALMA)

Pimeä aine aktivoi Maan tulivuoria - katso kuvat!

Tuore tutkimus paljasti odottamattomia salaisuuksia: Pimeä aine poksauttelee planeettamme tulivuoria ja repii mantereita hajalle. Näin siis, kunhan ensin mahdollisesti kenties sopivilla asioilla jossitellaan ihan käsittämättömän paljon ja vedetään muutamia mutkia suoriksi.

Päättelyketju menee näin: Aurinko kiertää Linnunradan keskuksen ympärillä ja pomppii samalla edestakaisin galaksin kiekon tason läpi. Parhaimmillaan se käy kiekosta noin 250 valovuoden päässä. Eestaas vekslatessaan se joutuu ajoittain tekemisiin pimeän aineen tihentymien kanssa. Ajoittain tuota mystistä materiaa on tiellä riittävästi että tapahtuu oikein kunnollista vuorovaikutusta - ja se sitten näkyy aivan käsittämättömän mittavien asioiden jaksollisuutena. Oortin pilvestä tippuu komeettoja kohti sisempää Aurinkokuntaa luoden planeetoille ja kuille mittavan pommitusuhan. Lisäksi juuri tämä meidän pallomme sattuu olemaan riittävän iso jotta pimeä aine vaikuttaa siihen suoraan. Ainetta kertyy Maan ytimeen ja aktivoi samalla planeetan sisäistä toimintaa. Tästä seuraa normaalia enemmän tulivuorenpurkauksia ja mannerten repeilyä. Ja, kuten tunnettua, sekä komeettatörmäykset että tulivuorten aktivoituminen tehostavat massasukupuuttoja. Voilá.

Useat tahot uutisoivat tästä varsin päräyttävästä havainnosta menneellä viikolla. Suomessa asiasta on uutisoinut toistaiseksi kai ainoastaan Yle Tiede, mutta maailmalla asiaan ovat tarttuneet ainakin ScienceDaily ja Astrobiology Magazine. Ei ihme, sillä Michael Rampinon tekemä tutkimus julkaistiin varsin korkealle arvostetussa Monthly notices of the Royal Astronomical Society -julkaisussa. Lehden impact factor eli suomeksi vaikuttavuuskerroin on yli 5! Miten sellaiseen päässeessä jutussa voisi mennä vikaan?

Onhan tuo tosiaan hieno ja kutkuttava idea. Ainoa huono puoli tutkimuksessa on, että kyse on pahanlaatuisesta aineiston vääristelystä ja parhaiden palojen poiminnasta (engl. cherry picking). Alla muutamia huomautuksia:

  1. Auringon rata todella on hieman kallellaan Linnunradan kiekkoon nähden, eli me kyllä pompimme tason ylä- ja alapuolelle tasaiseen tahtiin. Ainakaan minun tietääkseni itse sitä tahtia ei kuitenkaan ole saatu määritettyä vielä aivan tarkkaan - artikkelin itsensäkin mukaan arviot vaihtelevat 60 - 84 miljoonan vuoden välillä. Tutkimuksen perusoletus on siis hiuskarvan varassa - jos arvo ei nimittäin ole juuri oikea (tuntuisi olevan jotakuinkin 66 miljoonaa vuotta) jaksottaisuus menee aivan häneksi. (Toisaalta Rampinon malliin sopinee oivasti, että maailmanhistoriasta löytyy aina suuria esille napsaistavia törmäyksiä tai joukkotuhoja muutaman kymmenen miljoonan vuoden välein. Niistä sitten vain valitsee parhaiten sopivat. Näppärää.)
  2. Edellä mainittu hiuskarva katkeaakin sitten saman tien. Asteroidien tai komeettojen törmäysryppäitä on varsin vaikeata todistaa nykytiedoilla. Useimpien kraattereiden ajoitukset nimittäin ovat erittäin epätarkkoja, ja usein vain iän ylä- tai alaraja on saatu selville. Eri metodit myös antavat erilaisia ikiä (tästä voisi vaikkapa kirjoittaa kirjan). Vieressä oleva kuva selventänee asiaa. Toki törmäykset todella voivat sattua hyvinkin tiuhassa sarjassa - näin oletetaan käyneen muutamien Ordoviikkikauden kraattereiden tapauksessa. Se vain sattui tapahtumaan 200 miljoonaa vuotta liian aikaisin että olisi hyödyksi tälle tutkimukselle. Summa summarum: Rampinon "törmäyspulssit" ovat pahimmillaan vain yksittäisten kraattereiden muodostumisikiä, tai sopivasti pitkältä virherajalta valittuja kohtia. Viereinen kuva selventänee asiaa. Tai sitten ei.
  3. Massasukupuutot ovat toki todellisia tapahtumia. Dinosaurukset ja trilobiitit ovat nykyään aika harvassa. Mutta mittavien sukupuuttojen määrittely taas on hieman niin ja näin. Yleisesti tunnustetaan viisi sukupuuttoaaltoa, mutta Rampino havainnoi jaksollisuudessaan montaa muutakin. Mikä sitten on riittävän suuri joukkotuho ollakseen "massasukupuutto"? Millaisissa eliöryhmissä sen pitää näkyä? Merellä vai maalla, eläimissä vai kasveissa? Paljonko pitää lajeja kadota, vai häviääkö kokonaisia sukuja tai heimoja? Raup ja Sepkoski pohtivat asiaa parissakin klassisessa artikkelissa (1, 2), eikä asia ole mitenkään yksisellitteinen. Heidän mukaansa joukkotuhojen periodisuus on 26 miljoonan vuoden luokkaa, mikä ei taas sitten olisi synkassa Rampinon idean kanssa...
  4. Tutkimusidean perustana ovat WIMPit eli "heikosti vuorovaikuttavat massiiviset hiukkaset". En väitä ymmärtäväni niistä paljoakaan, paitsi sen, että ne ovat teoreettisia hiukkasia. Outojen otusten olemassaoloa ei ole millään tasolla todistettu. Mutta voihan niitä toki olla, selittäisivät hyvin paljon. Ja, jos pimeä aine nyt sitten sattuu koostumaan WIMPeistä (mikä ei ole ihan varmaa sekään), niin planeettamme läpi pitäisi joka sekunti kulkea miljardeja WIMPpejä... aika näyttää havaitaanko niitä ikinä vai keksitäänkö kosmologian massaongelmille jokin hieman erilainen ratkaisu.
  5. Artikkelin antamilla tiedoilla jää epäselväksi, miksi WIMPit käytännössä jäisivät jumiin ja vaikuttaisivat juuri Maan ytimessä. Oletuksen mukaanhan muiden kiviplaneettojen ja kuiden massa ei olisi riittävä nappaamaan riittävän massiivisia määriä WIMPpejä huomaansa. Mutta... jos maapallolla on riittävän iso gravitaatiokuoppa että se vangitsee WIMPpejä, niin eikö ilmiön pitäisi olla paljon suuremmilla kaasuplaneetoilla huomattavasti suurempi? Luulisi, että niistä tuo ylimääräinen massa, saati sitten sen antama lisäpotku sisäisille prosesseille olisi jo selvästi havaittava. Puhumattakaan Auringosta - sen gravitaatiokuoppa kun on aivan käsittämättömän valtava! Voisi kuvitella, että massalisän vuoksi Auringon ytimen fuusioprosessi olisi tehokkaampaa kuin perinteiset mallit esittävät...? Vaikka Auringon vuorovaikutusta pimeän materian kanssa onkin tutkittu, en tuollaisesta ole kuullut.
  6. Tutkimus kyllä osuu yhdessä asiassa täysin nappiin. Törmäykset ja suuret vulkaaniset pulssit todella ovat syitä massasukupuuttoihin. Dinotkin kuolivat kaikkein todennäköisimmin niiden yhteisvaikutukseen. (Sivuhuomautus: pientä debattia asiasta voi joku nähdä tässä asiassa olevan, mutta kyllä se nyt vain on niin että se asteroidimäjäys oli ihan riittävän iso piste pitkään kestäneen vulkaanisen iin päälle.. tai keskelle.) Mutta ei siihen mitään pimeää ainetta tarvita. Satunnainen törmäily, laattatektoniikka ja Maan vaipan toiminta riittävät. Miksi asialle pitäisi väen vängällä löytyä jokin suurempi syy?
  7. Poikkitieteellisyys on hyvä juttu, mutta... onkohan tuossa jutussa nyt ollut kunnollinen vertaisarviointi? Kyse on kuitenkin lähes puhtaasti geotieteisiin / planeettageologiaan liittyvistä ilmiöistä, mutta lehti on nähdäkseni erikoistunut pääosin astrofysiikkaan. Ihan vain tässä nyt pohdin.
  8. Tutkimuksen tekijä Rampino on jo pitkään etsinyt yleistä syytä eliöiden massasukupuutoille, lempilapsenaan juurikin Linnunradan kiekossä pörräämisen aiheuttama periodisuus. Lainaan (luvatta, ja siksi anonyyminä) erästä asiaan perehtynyttä ja eittämättä asenteellista geologia: "[Rampino] on galaksin tason läpi kulkemisista ja joukkotuhoista jaksanut vaahdota vuosikymmeniä, ja nyt siinä samalla sitten pimeää ainetta päätyy Maan ytimeen ja aiheuttaa sitten överiksi menevää vulkanismia. Just just. Millä [ihmeellä] nää [hyvin erikoiset tutkijat] saa rahaa [erityisen rakkaisiin aiheisiinsa], ja pidettyä virkansa?" Sanamuotoja hieman muutettu siistin lukukokemuksen varmistamiseksi.

Rampinon päräyttävän artikkelin voisi muotoilla paljon lyhyemminkin: Kuvitteellinen ja ominaisuuksiltaan tuntematon aine aktivoi ainoastaan maapallon sisuksia havaitsemattomalla tavalla ja voisi periaatteessa aiheuttaa sukupuuttoaaltoja, jos kaikki sattuisi menemään juurikin tämän mallin mukaan.

Ja jos lehmille kasvaisi siivet, taivaalta tippuu liukumiinoja. Kannattaako siltikään ostaa entistä tukevampia sateenvarjoja?

Sekavan ja vajavan aineiston syövereistä löytää ihan varmasti korrelaatioita, jos jaksaa tonkia ja on tarpeeksi vakuuttunut siitä että on oikeassa. Ja korrelaatioita löytyy vaikka mistä, vaikkapa mehiläisten määrien ja kannabiksen kuluttajien välille. Mene ja tiedä sitten, onko se sitten kunnollista tiedettä...

Otsikkokuva: Mordor by Edli / DevianArt

Populaaripuuroa: Linnunrata, Aurinkokunta – mitä väliä?

mBnet lupaa verkkosivustollaan, että "Matka galaksimme halki muuttaa käsityksesi valonnopeudesta".

Epäilemättä meidän kaikkien mielikuvamme valonnopeudesta on harhainen, mutta joillakin on sentään jonkinlainen aavistus siitä, mikä on Linnunradan ja Aurinkokunnan välinen ero.

Uutisen pointtina on Vimeossa julkaistu Alphonse Swinehartin tekemän Riding Light -animaatio, joka "vie matkalle galaksimme halki".

Mittasuhteeksi on jutun mukaan otettu "oma Linnunrata-galaksimme", mutta videolla "avaruusmatka päättyy Jupiteriin", koska "matka sinnekin kestää 45 minuuttia".

Ajatus on oikein oiva. Videolla kuvataan Auringon pinnalta lähtevän fotonin etenemistä avaruuden halki reaaliajassa – tosin tekijä itsekin toteaa jättäneensä huomiotta suhteellisuusteoreettiset efektit liikuttaessa valonnopeudella.

Olisi kuitenkin mielenkiintoista tietää, miksi mBnetin jutussa puhutaan jatkuvasti Linnunradasta ja galaksistamme, kun kyse on matkasta Aurinkokunnassa?

Mikäli Vimeossa olevan tekstin käsite "solar system" tai "universe" on pitänyt katsoa sanakirjasta, kehnoinkaan nettidiksönäri ei tarjoa suomennokseksi "Linnunrataa" tai "galaksia".

Jos taas käsitteet ovat entuudestaan tuttuja, miksi niistä käytetään totaalisen vääriä suomenkielisiä vastineita?

Kyse ei voi olla mistään kirjoitusvirheestäkään tai satunnaisesta lapsuksesta, sillä galaksi mainitaan lyhyessä uutisessa viiteen kertaan.

Galaksi, Linnunrata, Aurinkokunta – mitä väliä? Avaruus on kuitenkin niin iso, ettei sitä kukaan voi käsittää.

Kun kerran jutussakin puhutaan mittasuhteista, niin tehdäänpä pieni laskutoimitus. Swinehartin video päättyy Jupiteriin (vai oliko se nyt "ennen Saturnusta", joka on melkein tuplasti Jupiteria kauempana…), joten se kestää vain 45 minuuttia.

Jos asioiden yksinkertaistamiseksi otetaan Aurinkokunnan laidaksi Neptunuksen kiertorata (mitä se ei toki ole, sillä Aurinkokunta ulottuu paljon kauemmas), se on noin kuusi kertaa Jupiterin rataa etäämpänä Auringosta.

Siirretään tämä skaala Linnunrataan ja oikeasti "galaksimme halki" kulkevaan matkaan.

Jos fotonin ajatellaan lähtevän Linnunradan keskuksesta ja taivaltavan valonnopeudella "kohti galaksimme toista laitaa" – kuten mBnetin jutussa todetaan – sen matka Linnunradan laidalle kestäisi noin 50 000 vuotta, sillä Linnunradan halkaisija on noin 100 000 valovuotta (Spoiler Alert: Valovuosi on valon vuodessa kulkema matka).

Todettakoon täsmennykseksi, että Linnunradan "laita" on jokseenkin yhtä hatara käsite kuin Aurinkokunnan laitakin, mutta käytetään nyt tuollaista, melko vakiintunutta lukuarvoa.

Otetaan sitten kuudesosa tuosta taipaleesta – Jupiterin etäisyys on siis noin kuudesosa Neptunuksen etäisyydestä – eli reilut 8 300 (valo)vuotta. Jos sen taittamisesta tehtäisiin samalla tavalla reaaliaikainen video, sen kesto ei suinkaan olisi 45 minuuttia, vaan noin 4 400 000 000 minuuttia.

Eli on sillä ehkä hiukan väliä, puhutaanko Linnunradasta vai Aurinkokunnasta.