hiilimonoksidi

Ennätyshavainto maailmankaikkeuden vedystä

To, 06/02/2016 - 09:21 Markus Hotakainen
COSMOS J100054 -galaksi

Vety on maailmankaikkeuden yleisin aine, mutta sen havaitseminen ei ole aina helppoa. Tähtitieteilijät ovat nyt onnistuneet vastaanottamaan atomaarisessa muodossa olevan vedyn säteilyä lähes viiden miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitsevasta galaksista.

Havainnot COSMOS J100054 -galaksista tehtiin Karl G. Jansky -radioteleskoopilla eli VLA:lla (Very Large Array). Jokin aika sitten mittavasti uudistetulla teleskoopilla voidaan tehdä havaintoja, jotka eivät aiemmin olleet mahdollisia.

"Havainnon myötä pystymme hahmottamaan, miten galaksit keräävät kaasua, muodostavat siitä tähtiä, ja menettävät sitä kehityksensä myötä", toteaa Ximena Fernandez Rutgersin yliopistosta. 

Hubble-avaruusteleskoopilla otettuun näkyvän valon kuvaan on yhdistetty radiohavaintojen perusteella määritetty atomaarisen vedyn jakauma (oranssinpunainen alue).

Galaksien kehitys on kuitenkin hyvin hidasta, joten sen tutkimiseksi on tarkasteltava eri-ikäisiä galakseja, jotka ovat kehityksensä eri vaiheissa. "Kun katsomme kauemmas, katsomme myös kauemmas ajassa taaksepäin, joten uusien havaintojen avulla saamme uutta tietoa galaksien kehityksestä", Fernandez lisää.

Samasta galaksista tehtiin havaintoja myös LMT-teleskoopilla (Large Millimetre Telescope) ja niiden perusteella siinä on hiilimonoksidia. Havainto on tärkeä, sillä tähtien synnyn kannalta molekyylimuodossa olevan kaasun esiintyminen on keskeistä.

COSMOS J100054 on havaintojen mukaan massiivinen sauvaspiraaligalaksi, joka on mahdollisesti vuorovaikutuksessa pienemmän naapurigalaksinsa kanssa. Radiohavaintojen perusteella siinä on vetyä lähes 100 miljardin Auringon massan verran. 

Tutkijat arvioivat, että galaksissa syntyy hieman alle sata tähteä vuodessa. Linnunradassa syntytahti on huomattavasti pienempi, vain noin kolme tähteä vuodessa.

"Pystyimme ensimmäisen kerran tekemään havaintoja sekä atomaarisen vedyn että hiilimonoksidin säteilystä näin kaukaisesta maailmankaikkeudesta", Hansung Gim Massachusettsin yliopistosta kertoo. "Nyt kun se on mahdollista, pystymme vähitellen täyttämään eri-ikäisten galaksien ominaisuuksia koskevan tietämyksemme aukkoja."

Tutkimuksesta kerrottiin NRAO:n uutissivuilla ja se julkaistaan Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä.

Kuva: Fernandez et al./Bill Saxton/NRAO/AUI/NSF/Koekemoer et al./Massey et al./NASA

 

 

 

 

 

 

Radiohavainnot mittaavat tähtien syntytahtia

To, 10/15/2015 - 15:00 Markus Hotakainen
Galaksien törmäys

Yhdeksän miljardia vuotta sitten tähtiä syntyi paljon tiuhempaan kuin nykyisin. Aiemmin oltiin siinä käsityksessä, että tähtien syntytahti riippuu suoraan galaksin massasta: mitä isompi galaksi, sitä vilkkaammin siinä syttyy uusia tähtiä.

Joissakin galakseissa tahti saattaa kuitenkin äkillisesti kiihtyä. Syynä voi olla galaksien törmäys, joka saa aikaa "tähtiryöpyn": kosmisessa aikaskaalassa kaasupilvistä tiivistyy kirkkaasti loistavia tähtiä moninkertaisella nopeudella normaaliin verrattuna.

Varhaisen maailmankaikkeuden tähtiryöppygalaksien kohdalla on ollut epäselvää, onko niissä tavallista enemmän jättimäisiä molekyylipilviä, joista tähtiä voi tiivistyä, vai pystyvätkö ne syystä tai toisesta muuntamaan kaasua tähdiksi tavallista tehokkaammin.

Tutkijat ovat nyt tehneet ALMA-radioteleskoopilla (Atacama Large Millimeter Array) havaintoja seitsemästä tähtiryöppygalaksista, jotka ovat lähes yhdeksän miljardin valovuoden etäisyydellä. Tutkimuksen kohteena oli galaksien hiilimonoksidi- eli häkäpilvien runsaus. Häkää esiintyy molekyylipilvissä, joista tiivistyy uusia tähtiä.

PACS-867/Hubble

PACS-867-galaksista saaduissa kuvissa ylimmässä on ALMA-radioteleskoopilla havaittu hiilimonoksidin jakauma, keskimmäisessä Hubble-avaruusteleskoopilla otettu ultraviolettialueen kuva, jossa erottuu nuorten, kirkkaasti säteilevien tähtien ryppäitä, ja alimmassa Spitzer-avaruusteleskoopin ottama infrapunakuva, jossa korostuvat pölypilvien sisällä piileskelevät vastasyntyneet tähdet.

Havaintojen mukaan galaksien hiilimonoksidipitoisuus on jo selvästi vähentynyt, vaikka niissä syntyy edelleen tähtiä kiivaalla tahdilla. Samansuuntaisia havaintoja on tehty jo aiemmin läheisemmistä galakseista, mutta niissä kaasun määrä näyttää vähenevän hitaammin. Tutkijat ovat päätelleet, että tähtien syntytahti riippuu siitä, kuinka aktiivisesti galaksissa syntyy tähtiä normaalistikin. Pelkkä kaasun määrä ei kuitenkaan riitä selitykseksi, vaan galaktiset törmäykset ovat merkittävä tekijä.

Tutkimuksesta kerrottiin Kavli-instituutin (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe) uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University) [otsikkokuva]; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [ALMA]; NASA/ESA Hubble Space Telescope, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [Hubble]; NASA/Spitzer Space Telescope, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Silverman (Kavli IPMU) [Spitzer]

Kuun laavasuihkujen voimanlähteenä oli hiili

Ma, 08/24/2015 - 14:38 Markus Hotakainen
Oranssia "hiekkaa" Kuussa

Vielä 1960-luvulla arveltiin, että Kuun kraatterit tai ainakin iso osa niistä olisi syntynyt tulivuoritoiminnan seurauksena. Vaikka kuulennot osoittivat käsityksen vääräksi, Kuussa on kuitenkin ollut vulkanismia: onhan Maata kohti kääntyneellä puoliskolla laajoja tulvatasankojakin, joita muinoin pidettiin merinä.

Kuun pinnalta on löytynyt muutamasta paikasta pieniä lasipalloja, jotka kertovat yhdestä tulivuoritoiminnan tyypistä. Palloset ovat syntyneet pyroklastisessa purkauksessa eli sulan kiviaineen suihkutessa ylös kovalla paineella pinnan alta. Vastaavia laavasuihkuja esiintyy Maassakin, esimerkiksi Havaijilla, joten niiden synty tunnetaan melko hyvin.

Maan uumenissa liikkuvan magman seassa on useita kaasuja ja/tai helposti kaasuuntuvia aineita. Ne laajenevat sulan kiven kohotessa kohti pintaa, ja lisäävät samalla magman painetta. Kun magma kaasuineen pääsee viimein pinnalle saakka, tapahtuu räjähdysmäinen purkaus. Pienimmilläänkin kyse on näyttävästä "tulisesta suihkulähteestä". Maasta purskuavat kivipisarat jähmettyvät nopeasti löydetyn kaltaisiksi pieniksi pallosiksi.

Ilmiötä voi jäljitellä ravistamalla virvoitusjuomapulloa ja avaamalla sen sitten – tätä ei kuitenkaan kannata kokeilla kotioloissa tai ainakaan sisätiloissa. 

Kuun laavasuihkujen kohdalla ongelmana on ollut, etteivät tutkijat ole tienneet, mikä kaasu on saanut aikaan sikäläiset purkaukset. "Kaasu on kadonnut aikoja sitten, joten sen selvittäminen ei ole ollut helppoa", toteaa Alberto Saal, joka tutkimusryhmineen on nyt löytänyt arvoitukseen mahdollisen ratkaisun. 

Kuun laavasuihkuissa purkautuneessa laavassa on ollut huomattavan paljon hiiltä. Kun laava on kohonnut syvyyksistä kohti pintaa, hiili on reagoinut hapen kanssa ja muodostunut suuren määrän hiilimonoksidia. Ja se on saanut aikaan voimakkaan purkauksen, kun laava on päässyt pinnalle saakka. 

Pitkään oltiin siinä käsityksessä, että Kuussa ei ole vedyn ja hiilen kaltaisia helposti haihtuvia aineita. Vasta vajaa vuosikymmen sitten niistä tehtiin luotettavia havaintoja. Vuonna 2008 Saalin ryhmä löysi vulkaanisista lasipalloista vettä, sitten myös rikkiä, klooria ja fluoria. 

Mikään näistä aineista ei kuitenkaan sopinut laavasuihkujen "voimanlähteeksi". Jos purkauksia olisi aiheuttanut esimerkiksi vesi, siitä olisi pitänyt jäädä jälkiä Kuusta tuotuihin näytteisiin. Sellaisia ei kuitenkaan ole havaittu.

 

 

Uudessa tutkimuksessa Saal tarkasteli ryhmineen näytteitä, joissa oliviinikiteiden joukossa olisi pieniä magmahitusia. Magmassa ollut kaasu on jäänyt nalkkiin kiderakenteeseen ennen kuin se on ehtinyt haihtua pois.

Tuloksiin pääseminen edellytti mittaustarkkuuden huomattavaa parantamista. Ioniluotaustekniikalla pystyttiin mittaamaan kahta kertaluokkaa pienempiä pitoisuuksia kuin aiemmin. Sillä saatiin näkyviin jopa kymmenesmiljoonasosan pitoisuudet.

Mittausten mukaan tutkituissa näytteissä oli 44–64 miljoonasosaa hiiltä. Kun hiilen esiintyminen oli saatu varmistettua, tutkijat kehittivät teoreettisen mallin siitä, miten magmassa oleva kaasu käyttäytyy eri syvyyksillä, ja varmistivat laskelmansa laboratoriokokein. 

Tulosten mukaan hiili kaasuuntui muita aineita aiemmin ja syvemmällä, jolloin se saattoi reagoida hapen kanssa. (Happea laavakivistä on löydetty jo kauan sitten.) Muut aineet, kuten esimerkiksi vety, kaasuuntuivat lähempänä pintaa eivätkä olisi voineet toimia samalla tavalla laavasuihkuja aiheuttavana kaasuna.

Tutkimus osoittaa myös, että osa Kuun sisusten haihtuvista aineista on samaa alkuperää kuin Maassa. Oliviinikiteissä olevissa magmahitusissa on hiiltä saman verran kuin Maan valtamerten keskiselänteissä esiintyvässä basaltissa.

Jos päätelmät pitävät paikkansa, tuloksella on merkitystä Kuun syntyä koskevien käsitysten kannalta. Kuun arvellaan saaneen alkunsa, kun Maahan osui sen varhaisessa nuoruudessa suunnilleen Marsin kokoinen kappale. Kuu tiivistyi törmäyksessä avaruuteen sinkoutuneesta aineesta.

"Aineisto viittaa siihen, että joko osa Maan haihtuvista aineista selvisi törmäyksestä ja päätyi muodostumassa olleeseen Kuuhun, tai niitä kertyi sekä Maahan että Kuuhun samaan aikaan yhteisestä lähteestä – ehkä alkuaikojen meteoriittipommituksen mukana", Saal arvioi.

Tutkimuksesta kerrottiin Brownin yliopiston uutissivuilla ja se julkaistaan Nature Geoscience -tiedelehdessä (maksullinen).