kvasaarit

Kvasaarien sylkemä plasma valaisi varhaisen maailmankaikkeuden

La, 07/14/2018 - 19:01 By Markus Hotakainen

Kvasaarit ovat tunnetusti aktiivisia galakseja, joiden supermassiivisiin mustiin aukkoihin syöksyvä aine saa ne säteilemään voimakkaasti. Joissakin tapauksissa osa aineesta sinkoutuu suihkuina kauas avaruuteen.

Eduardo Bañadosin johtama tutkimusryhmä on löytänyt toistaiseksi "kirkkaimmin" radioalueella säteilevän nuoren kvasaarin, joka on syntynyt maailmankaikkeuden ollessa alle miljardin vuoden ikäinen.

Kvasaarin löytymisen jälkeen Emmanuel Momjian teki siitä havaintoja, joiden avulla plasmasuihkusta saatiin ennennäkemättömän tarkkoja tietoja. Niiden ansiosta pystytään entistä paremmin selvittämään varhaisen maailmankaikkeuden ilmiöitä ja kehittymistä.

Tarkkaan tutkittu kvasaari tunnetaan luettelonimellä PSO J352.4034-15.3373. Kvasaarit löytyivät 1960-luvulla voimakkaan radiosäteilynsä perusteella, mutta todellisuudessa vain noin joka kymmenes kvasaari on "kirkas" radioalueella.

Voimakas radiosäteily on yleensä lähtöisin mustan aukon pyörimisakselin suuntaan lähtevistä suihkuista, joissa kuuma plasma liikkuu lähes valon nopeudella.

Nyt löytynyt kvasaari on erikoinen myös sikäli, että sen lähettämä säteily on taivaltanut halki maailmankaikkeuden lähes 13 miljardin vuoden ajan. Se onkin ensimmäinen alle miljardin vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa havaittu kvasaari, jolla on todettu olevan radioalueella säteilevä suihku.

"Varhaisessa maailmankaikkeudessa oli niukalti voimakkaita radiolähteitä, mutta tämä kvasaari on kertaluokkaa kirkkaampi kuin muut tuon aikakauden lähteet", Bañados arvioi.

Kun maailmankaikkeus alkuräjähdyksen jälkeen laajeni ja jäähtyi, kuumasta hiukkaspuurosta muodostui neutraalia vetykaasua. Alkuun universumi oli täysin pimeä, mutta kun gravitaatio kasasi osan aineesta ensimmäisiksi tähdiksi ja galakseiksi, niiden säteily sai vetykaasun ionisoitumaan. Ja valtaosa vedystä on edelleen samassa tilassa.

PSO J352.4034-15.3373 -kvasaarin säteily on peräisin aikakaudelta, jolloin maailmankaikkeuteen syttyivät pitkän pimeyden jälkeen jälleen valot.

"Kvasaarin suihkun avulla voi olla mahdollista kalibroida tulevia havaintoja, tarkastella alkuaikojen pimeyttä ja kenties selvittää, miten ensimmäiset galaksit syntyivät", Bañados toteaa.

Tutkimuksesta kerrottiin Carnegien tiedeinstituutin uutissivuilla ja se on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

Lisävalaistusta "pimeän puolen" galakseihin

To, 05/24/2018 - 14:48 By Markus Hotakainen

Galaksien kehityksessä arvellaan olevan vaihe, jolloin niiden kaasusta ei vielä synny juurikaan tähtiä. Nyt näistä pimeistä galakseista on saatu lisää tietoa.

Jos galaksissa ei ole tähtiä, se ei ihmeemmin säteile. Siksi pimeiden galaksien tutkimus ja ylipäätään löytäminen on hankalaa. Tutkijat ovat tehneet havaintoja kuudesta lupaavasta kandidaatista, joiden toivotaan tuovan lisävalaistusta galaksien kehityksen hämäriin varhaisvaiheisiin.

Arvoituksena on edelleen, miten syntymässä olevan galaksin kaasu muuttuu tähdiksi. Teoreettiset mallit viittaavat siihen, että kaasua kerääntyy ensin suuret määrät yhteen ja tähtien "tuotanto" käynnistyy vasta jonkin ajan kuluttua. Havaintoihin pohjaavia todisteita tästä ei kuitenkaan vielä ole.

Zürichin teknillisen yliopiston professoreiden Raffaella Anna Marinon ja Sebastiano Cantalupon johtama ryhmä on käyttänyt pimeiden galaksien etsinnässä hyväksi kvasaarien lähettämää voimakasta ultraviolettisäteilyä. Se saa aikaan galaksien vetypilvissä fluoresenssia, jonka synnyttämä säteily – ja samalla koko galaksi – on mahdollista havaita.

Samaa konstia on käytetty aikaisemminkin, mutta Marinon ja Cantalupon ryhmä teki etsintöjä kauempana maailmankaikkeudessa sijaitsevien kvasaarien lähettyvillä kuin kertaakaan aiemmin.

Vetykaasun fluoresenssin seurauksena vapautuvan säteilyn aallonpituus on ultraviolettialueella ja siksi se imeytyy tehokkaasti Maan ilmakehään. Hyvin kaukaisista kohteista tulevan säteilyn aallonpituus on kuitenkin venynyt punasiirtymän ansiosta niin paljon, että se pääsee maanpinnalla sijaiseviin havaintolaitteisiin saakka.

Tutkijat tekivät havaintoja kuudesta eri alueesta 10 tunnin ajan kustakin. He löysivät kaikkiaan 200 kohdetta, joista tuli oletuksen mukaista Lyman-alfa-säteilyä. Tarkempi spektritutkimus karsi alustavan listan kuuteen kohteeseen, jotka kaikkein todennäköisimmin ovat pimeitä galakseja.

Kuvassa vasemmalla on yhden mahdollisen pimeän galaksin spektri, keskellä kaasun lähettämä säteily ja oikealla tähtien säteily; punaisella rinkulalla merkityn pimeän galaksin kohdalla tähtiä ei näyttäisi olevan.

Havaintoihin käytettiin VLT-teleskoopin MUSE-instrumenttia (Multi Unit Spectroscopic Explorer), jolla pystytään tekemään laajakaistaisia spektrimittauksia hyvin kaukana sijaitsevista kohteista.

Tutkimuksesta kerrottiin ETH Zurichin uutissivuilla ja se on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: R. A. Marino / MUSE

Hubble kuvasi kvasaarien haamuja

To, 04/02/2015 - 22:28 By Markus Hotakainen

Kolmen viikon kuluttua 25-vuotista taivaltaan Maan kiertoradalla juhliva Hubble-avaruusteleskooppi on kuvannut kvasaarien haamuja, vihreänsävyisiä kaasupilviä, joiden ei pitäisi olla ollenkaan näkyvissä.

Ensimmäisen "vihreän mörön" löysi hollantilainen opettaja Hanny van Arkel vuonna 2007. Hän osallistui netissä pyörivään Galaxy Zoo -projektiin, jossa kuka tahansa asiasta kiinnostunut pääsi luokittelemaan Sloan Digital Sky Survey -kartoituksessa kerättyä havaintoaineistoa yli miljoonasta galaksista.

Hanny’s Voorwerp eli suomeksi Hannyn kohde innosti Alabaman yliopiston tutkijan Bill Keelin värväämään 200 vapaaehtoista käymään läpi 15 000 galaksia, joissa on kvasaari. Etsinnän tavoitteena oli löytää samanlaisia kohteita kuin van Arkel.

 

Lupaavimmista kandidaateista tehtiin spektrihavaintoja Kitt Peakin ja Lickin observatorioissa. Tuloksena oli 20 galaksia, joissa kaasua ionisoi vastasyntyneiden tähtien sijasta kvasaarista tuleva energia. Hohtavat kaasupilvet levittäytyivät kymmeniätuhansia valovuosia galaksien ulkopuolelle.

Hohtavien kaasupilvien ulkomuoto on hyvin vaihteleva, mutta suurin arvoitus on se, että ne ylipäätään hohtavat. Niiden energia on mitä ilmeisimmin peräisin galaksien keskustoissa olevista aktiivisista mustista aukoista ja niitä kiertävistä kertymäkiekoista, joista kirkkaimmat on luokiteltavissa kvasaareiksi.

Tällä hetkellä kvasaarit eivät kuitenkaan ole riittävän kirkkaita. Kahdeksassa tapauksessa pilvet säteilivät voimakkaammin kuin voisi olettaa kvasaareista tulevan energian perusteella. Kvasaarien kirkkaus oli ainoastaan kymmenesosa siitä, mitä kaasun ionisoituminen edellyttäisi.

Näyttää siltä, että hohtavat kaasupilvet ovat saaneet energiansa kvasaareilta aikaisemmassa vaiheessa, kun ne ovat olleet kirkkaampia ja säteilleet voimakkaammin erityisesti ultraviolettialueella.

Galaksia ympäröivän kaasun alkuaineet imevät itseensä kvasaarien säteilyn kuljettamaa energiaa ja vapauttavat sen uudelleen hitaasti tuhansien vuosien kuluessa. Näin aiemmin näkymätön kaasu muuttuu näkyväksi.

Kaasu on niin kaukana galaksien ulkopuolella, että supermassiivisen mustan aukon aikaansaamasta kvasaarista lähtevä säteily saavuttaa sen vasta kymmenientuhansien vuosien kuluttua. Yhtä lailla kaasu hohtaa vielä kymmeniätuhansia vuosia sen jälkeen kun kvasaari on jo hiipunut. 

Kaasupilvien vaihtelevat muodot ovat seurausta galaksien törmäyksistä. Vetovoima on viuhtonut kaasua ympäriinsä ja usein siitä on muodostunut pitkiä kielekkeitä, jotka ovat kietoutuneet yhteen sulautuneiden galaksien ympärille.

Keelin mukaan muutokset kvasaarien kirkkauksissa voivat johtua siitä, että galaksien keskustassa on kaksi toisiaan kiertävää mustaa aukkoa. Tällainen kaksoisaukko voisi syntyä kahden galaksin törmäyksessä.

Kun kahteen toisiaan kiertävään mustaan aukkoon syöksyy kaasua, se ei välttämättä tapahdu tasaiseen tahtiin. Rykäyksittäin tapahtuva kaasun "ahmiminen" voisi aiheuttaa ajoittaisia voimakkaita kirkastumisia ja säteilypurkauksia.

Jotain samankaltaista on odotettavissa kosmisessa lähiympäristössämme noin neljän miljardin vuoden kuluttua. Kun Linnunrata törmää Andromedan galaksiin, niiden keskustoissa olevat supermassiiviset mustat aukot voivat päätyä kiertämään toisiaan. Silloin yhteensulautuneita galakseja voi ympäröidä samanlainen "Hannyn kohde" kuin nyt tutkittuja galakseja.

Haamujahdista kerrottiin Hubblen uutissivuilla.

Kuvat: NASA / ESA / W. Keel / Galaxy Zoo Team