ainesuihku

Kun jättiläistähti räjähtää supernovana ja sen sisimmät osat luhistuvat mustaksi aukoksi, jäljelle ei jää suunnattoman gravitaation lisäksi paljoakaan, ainoastaan aukon pyörimisliike ja magneettikenttä, jotka ovat perintöä edesmenneeltä tähdeltä.

Magneettikentän avulla on selitetty monille mustille aukoille tyypilliset ainesuihkut. Aukkoon syöksyvä aine kasautuu ennen katoamistaan kertymäkiekkoon, ja osa aineesta sinkoutuu kauas avaruuteen aukon pyörimisakselin suuntaisesti.

Mustan aukon magneettikenttä kiihdyttää sähköisesti varatut hiukkaset lähes valon nopeuteen.

V404 Cygni on kirkkaudeltaan muuttuva tähti, jossa tapahtuu aika ajoin purkauksia. Mustan aukon massa on noin kymmenkertainen Aurinkoon verrattuna ja sen seuralainen on hieman Aurinkoa kevyempi punainen jättiläistähti. Etäisyyttä kaksoistähdellä on noin 8 000 valovuotta.

Suihkujen lähettämää säteilyä havaitaan erityisesti kvasaareissa, jotka ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita. Kvasaarien energia on peräisin miljoonia kertoja Aurinkoa massiivisempien mustien aukkojen kertymäkiekoista, joissa lähiympäristön aine kiertyy kohti kosmista imuria. Vain osa tästä energiasta säteilee radioalueella, sillä ainoastaan noin 10 prosenttia kvasaareista on "kirkkaita" radiosäteilyn aallonpituuksilla.  

Jo aiemmin on tiedetty, että radiosäteilyn voimakkuuteen vaikuttaa se, välttääkö osa kertymäkiekon aineesta karun kohtalon ja päätyy mustan aukon sijasta sen pyörimisakselin suuntaisiin ainesuihkuihin, jotka voivat sinkoutua miljoonien valovuosien etäisyydelle.

Tähän saakka ei kuitenkaan ole tiedetty, miksi joissakin kvasaareissa suihkuja esiintyy, joissakin taas ei.  

Vaikka mustien aukkojen kuvitellaan usein olevan kosmisia imureita, jotka säälittä ahmivat kaiken, on hyvin harvinaista, että päästäisiin seuraamaan edes yksittäisen tähden katoamista.

"Olemme nähneet ehkä vain parikymmentä tapausta", toteaa Gemma Anderson Curtin-yliopiston radioastronomian tutkimuskeskuksesta.

"Mustia aukkoja koskevan tietämyksemme perusteella meidän pitäisi havaita aihesuihku, kun tähti hajoaa, mutta toistaiseksi sellainen on nähty vain muutamassa kaikkein rajuimmassa tapahtumassa. Nyt olemme vihdoin löytäneet yhden melko tavallisessa kohteessa."

Ensimmäistä kertaa on onnistuttu tekemään havaintoja sekä mustaa aukkoa kohti syöksyvän aineen muodostamasta kertymäkiekosta että siitä lähtevästä suihkusta. Arvioiden mukaan suihkussa vapautuu energiaa saman verran kuin Aurinko säteilee kymmenessä miljoonassa vuodessa.

Todennäköisesti kaikista supermassiivista mustista aukoista sinkoaa ainesuihkuja, kun ne nielevät tähtiä, mutta aiemmin niitä on havaittu vain harvoin. Tällä kertaa havaitsemista auttoi kohteen suhteellisen pieni etäisyys, ainoastaan 300 miljoonaa valovuotta. Lisäksi sitä päästiin tutkimaan pian, vain kolme viikkoa, löytymisensä jälkeen. 

"Kyse oli siitä, että katsoimme sitä oikeaan aikaan ja riittävällä herkkyydellä", arvioi James Miller-Jones samaisesta tutkimuskeskuksesta. "Silloin on mahdollista havaita suihku täsmälleen siellä, missä sen pitäisikin olla."

Havaintolaitteiden herkkyyttä pyritään parantamaan entisestään, jotta supermassiivisia mustia aukkoja päästäisiin tutkimaan tarkemmin. Havaintojen avulla on mahdollista täsmentää käsityksiä aukkojen ominaisuuksista ja niihin liittyvistä ilmiöistä.

Tutkimuksesta kerrottiin ICRAR:n (International Centre for Radio Astronomy Research) uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/Goddard Space Flight Center/Swift

Mustat aukot eivät ole yksioikoisia kosmisia imureita, jotka ahmivat kitaansa kaiken eteensä osuvan. Niiden ympärillä on usein aukkoon putoavasta aineesta muodostunut kertymäkiekko – periaatteessa samanlainen pyörre kuin pesualtaan pohjasta pois valuvassa vedessä – ja sen pyörimisakselin myötäinen, kahteen suuntaan kiitävä hiukkassuihku.

Tähän saakka on arveltu, että voimallisten ilmiöiden aikaansaajana mustat aukot ovat ylivertaisia. Vaan eivätpä olekaan. Tuoreiden havaintojen mukaan neutronitähdet pystyvät loihtimaan jokseenkin yhtä energistä myllerrystä niitä ympäröivään avaruuteen.

"Se on yllättävää ja kertoo siitä, että joissakin neutronitähden ja tavallisen tähden muodostamissa järjestelmissä tapahtuu sellaista, mitä emme ole kuvitelleetkaan", toteaa Adam Deller ASTRONista, Alankomaiden radioastronomian instituutista (Netherlands Institute for Radio Astronomy).

Mustat aukot ovat maailmankaikkeuden tiheimpiä kohteita, mutta neutronitähdet tulevat hyvänä kakkosena. Kaksoistähtijärjestelmissä kumpikin voi vetää puoleensa kumppaninaan olevan tavallisen tähden ainetta. Osa aineesta saattaa sinkoutua kauas avaruuteen liki valon nopeudella etenevinä suihkuina.

Vähäinenkin mustaan aukkoon syöksyvä aine voi aiheuttaa suihkuja, jotka säteilevät voimakkaasti radioalueella. Neutronitähteen putoavan kaasun määrän pitää kuitenkin olla hyvin suuri, jotta seurauksena olisi havaittava ainesuihku – tai näin kuviteltiin.

Vastikään neutronitähdestä nimeltä PSR J1023+0038 tehdyt röntgen- ja radiohavainnot kertovat toista. Anne Archibaldin, toisen ASTRONin tutkijan, vuonna 2009 löytämä kohde on niin sanottu "muuttuva millisekuntipulsari". 

Neutronitähti saattaa olla vuosikausia rauhallisessa "lepotilassa", kunnes se taas alkaa kerätä ympärilleen ainetta. Vuosina 2013–14 sen havaittiin vetävän ainetta puoleensa hyvin vähäisiä määriä, joten mahdollisesti syntyvän suihkun arveltiin olevan heikko.

"Odottamatta VLA-radioteleskoopilla tehdyt havainnot kertoivat voimakkaasta säteilystä, joka viittasi lähes yhtä voimakkaaseen suihkuun kuin mustien aukkojen yhteydessä oletetaan syntyvän", Deller kertoo.

Sittemmin on löydetty kaksi muutakin "muuttuvaa" järjestelmää ja kummassakin esiintyy suihkuja, jotka ovat ominaisuuksiltaan mustien aukkojen luokkaa. Toistaiseksi ilmiölle ei ole löytynyt selitystä, mutta Dellerin johtaman ryhmän on tarkoitus tehdä tällaisista kaksoistähtijärjestelmistä lisähavaintoja ja etsiä myös ennestään tuntemattomia. Uusien havaintojen toivotaan antavan eväitä ilmiön teoreettiselle tarkastelulle ja paljastavan syyn neutronitähtien odottamattomalle energisyydelle.

Uusista löydöistä kerrottiin NRAO:n (National Radio Astronomy Observatory) uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF