infrapunasäteily

Arvoituksellinen neutronitähti hohkaa infrapuna-alueella

Ti, 09/18/2018 - 08:36 Markus Hotakainen

Hubble-avaruusteleskoopilla on havaittu neutronitähden lähettyviltä infrapunasäteilyä. Tutkijat ovat ymmällään, sillä vastaavaa kohdetta ei ole aiemmin tunnettu.

Yleensä neutronitähtien tutkimus keskittyy radio- ja röntgenalueille, mutta nyt niihin on avautunut ikkuna myös infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla.

”Tämä neutronitähti on yksi seitsemästä läheisestä röntgenpulsarista, jotka ovat kuumempia kuin niiden pitäisi ikänsä ja pyörimisliikkeen hidastumisesta saatavan energian perusteella olla”, toteaa kansainvälistä tutkijaryhmää johtanut Bettina Posselt Pennsylvanian valtionyliopistosta.

Neutronitähden ympärillä on laaja infrapunasäteilyä lähettävä alue, RX J0806.4-4123, jonka läpimitta on lähes 30 miljardia kilometriä eli noin 200 kertaa suurempi kuin Auringon ja Maan välinen etäisyys.

Kyseessä on ensimmäinen neutronitähti, josta on tehty tällaisia infrapunahavaintoja. Tutkijoiden mukaan ne selittyvät joko pulsaria ympäröivällä pölykiekolla tai ”pulsarituulella”.

”Yhden teorian mukaan neutronitähden ympärille on voinut kertyä ainetta, joka on peräisin supernovana räjähtäneestä tähdestä. Vuorovaikutus kertyneen aineen kanssa on hidastanut pulsarin pyörimistä ja saanut sen lämpötilan kohoamaan”, Posselt arvioi.

Pulsarin magneettikentän kiihdyttämät hiukkaset ovat toisaalta voineet muodostaa ”pulsarituulisumun”. Neutronitähden vaeltaessa tähtienvälisessä avaruudessa ääntä nopeammin – jos ääni kulkisi liki tyhjässä avaruudessa – pulsarista puhaltavan hiukkastuulen ja tähtienvälisen aineen vuorovaikutuksessa muodostuu shokkiaalto. Siinä syntyy synkrotronisäteilyä, joka havaitaan infrapuna-alueella.

”Yleensä pulsarituulisumut ’näkyvät” röntgenalueella, joten infrapuna-alueen kohde olisi hyvin epätavallinen ja kiinnostava”, Posselt toteaa.

Tutkimuksesta kerrottiin NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksen uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/ESA/N. Tr'Ehnl (Pennsylvania State University)

Tutkijat kehittivät näkymättömyysviitan – toimii vain infrapuna-alueella

Pe, 03/30/2018 - 16:37 Markus Hotakainen

Mitä yhteistä on Hollywood-leffojen dinoilla ja pääjalkaisiin lukeutuvilla kalmareilla? Ne pystyvät katoamaan hetkessä.

Kalifornian yliopistossa Irvinessä on kehitetty materiaali, joka muuttuu tarvittaessa näkymättömäksi. Ihan vielä ei ole päästy tieteistarinoiden "oikeaan" näkymättömyyteen, sillä tutkijoiden kehittämä ohut kalvo toimii vain infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla.

"Periaatteessa olemme keksineet pehmeän materiaalin, joka heijastaa lämpöä samalla tavalla kuin kalmarin iho heijastaa valoa", toteaa tutkimusta johtanut professori Alon Gorodetsky (kuvassa vasemmalla).

"Se muuttuu ryppyisestä ja mattapintaisesta sileäksi ja kiiltäväksi, jolloin myös sen lämmönheijastuskyky muuttuu."

Muutos kestää alle sekunnin ja se tapahtuu venyttämällä materiaalia tai johtamalla siihen sähkövirtaa. Pinta muuttuu hetkessä näkymättömäksi infrapuna-aallonpituuksilla.

Keksintö voi tuntua turhalta, koska infrapunasäteily on ylipäätään ihmissilmälle näkymätöntä. Pimeänäkölaitteet ovat kuitenkin olleet sotilaallisessa käytössä jo pitkään. Uusi materiaali vie niiden toiminnalta pohjan, sillä sen avulla joukot voivat "naamioitua" myös lämpösäteilyn aallonpituuksilla.

Sotilaskäyttö ei kuitenkaan ole uudenlaisen materiaalin ainoa sovellusalue. Muuttuvista infrapuna-alueen heijastusominaisuuksista on hyötyä myös esimerkiksi avaruusalusten eristeissä, varasto- ja suojatiloissa sekä rakennusten lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmissä.

Materiaali on rakenteeltaan yksinkertaista, sillä se muodostuu alumiini-, muovi- ja teippikerroksista. Tutkijoiden seuraavana tavoitteena on kehittää prototyypeistä isompia versioita, joita voidaan kokeilla erilaisissa käyttökohteissa.

Uudesta "ihmeaineesta" kerrottiin UCI:n uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Steve Zylius/UCI

Vauhdikkaat tähdet synnyttävät infrapuna-aaltoja

To, 01/07/2016 - 16:18 Markus Hotakainen
Kosmisia iskuaaltoja

Linnunradan nopeimpia tähtiä etsitään nyt infrapuna-alueen avaruusteleskooppien havainnoista. Vauhdilla liikkuvat tähdet saavat aikaan iskuaaltoja, joiden kuumentama aine lähettää lämpösäteilyä. 

Ensimmäiset tähtien synnyttämät iskuaallot löydettiin jo 1980-luvulla IRAS-infrapunasatelliitin (InfraRed Astronomical Satellite) avulla. Tuoreempia havaintoja on tehty Spitzer- ja WISE-avaruusteleskoopeilla (Wide-field Infrared Survey Explorer).

Kaksi vasemmanpuoleista kuvaa on otettu Spitzer-avaruusteleskoopilla, oikeanpuoleisin WISE-teleskoopilla. Kuvissa iskuaallot näkyvät punaisina, tähtienvälinen pöly vihreinä haituvina ja tähdet sinisinä.

Kuvissa näkyvät tähdet ovat 8–30 kertaa Aurinkoa massiivisempia. WISE-teleskoopin kuvassa on itse asiassa kaksi tähteä, joista kumpikin on saanut aikaan kosmisen iskuaallon.

Kun massiivinen tähti liikkuu avaruudessa suurella nopeudella, sen edellä harva tähtienvälinen aine puristuu kasaan: syntyy iskuaalto, joka saa aineen kuumenemaan. Muutoin hyvin hankalasti havaittava kaasu ja pöly säteilee silloin voimakkaasti infrapuna-alueella.

"Jotkut tähdet saavat lentävän lähdön, kun niiden seuralaistähti räjähtää supernovana, jotkut sinkoutuvat ulos tiheistä tähtijoukoista", listaa William Chick Wyomingin yliopistosta Laramiesta. 

Esimerkiksi Zeta Ophiuchi, 20 kertaa Aurinkoa massiivisempi tähti, kyntää avaruutta 24 kilometrin sekuntinopeudella. Siitä lähtee suurella nopeudella etenevä tähtituuli, joka törmää sen kulkureitillä olevaan aineeseen.

Spitzer- ja WISE-arkistoista on löytynyt yli 200 utumaista kaarta, jotka viittaavat kosmiseen iskuaaltoon. Niistä 80 päätyi tarkempaan tutkimukseen, joka tehtiin Wyomingin infrapunaobservatoriossa. Useimmat kaaret osoittautuivat merkeiksi massiivisista, suurella nopeudella liikkuvista tähdistä. 

"Iskuaaltojen avulla pystymme löytämään massiivisia tähtiä, jotka ovat karkumatkalla", toteaa Henry "Chip" Kobulnicky. "Ne ovat kuin laboratorioita, joissa voidaan tutkia massiivisia tähtiä ja etsiä vastauksia niiden kehitystä ja kohtaloa koskeviin kysymyksiin."

Infrapunahavainnoista kerrottiin NASAn uutissivuilla

Kuva: NASA/JPL-Caltech/University of Wyoming

E.T. ei asusta ihan lähellä

Ti, 09/15/2015 - 20:54 Markus Hotakainen
Tyypin III sivilisaatio

Maailmankaikkeutta mahdollisesti asuttavien älyllisten olentojen viestejä on yritetty kuulostella turhaan jo yli 50 vuoden ajan. Kosmista yhteyttä ei ole saatu, ja siihen saattaa olla yksinkertainen syy: muita ei ole lähimaillakaan. Näyttää siltä, että olemme – ainakin paikallisesti – sittenkin yksin.

Tähtienvälisten viestien sijasta muiden olentojen olemassaolo voitaisiin päätellä niiden teknologian tuottamasta hukkaenergiasta. Jos sivilisaatio olisi Nikolai Kardashevin 1960-luvulla kehittämän luokituksen mukaan tyyppiä III, se kykenisi hyödyntämään koko kotigalaksinsa energiaa.

Tyypin I sivilisaatio olisi valjastanut planeettansa kaikki luonnonvarat ja energianlähteet, tyyppi II myös kotitähtensä. Jo nykyisillä teleskoopeillamme pystyisimme havaitsemaan vähintään tyypin III sivilisaatiot niiden hukkalämmön perusteella.

Niiden säteilemä ylimääräinen energia näkyisi keski-infrapuna-alueella – ja itse asiassa sopivan sorttista lämpösäteilyä on havaittukin. Jason Wrightin johtaman Penn State -yliopiston tutkijaryhmän kartoituksessa löytyi satoja galakseja, joiden säteilyssä on ylenmäärin infrapunasäteilyä.

Ongelmana on se, että säteily voi olla peräisin myös luonnollisista lähteistä eli pölypilvistä, joita esiintyy tähtien syntyalueiden lähistöllä. Michael Garrett on tehnyt Wrightin työryhmän listaamista galakseista radiohavaintoja, ja tullut siihen tulokseen, että infrapunaylimäärän selitys on mitä todennäköisimmin nimenomaan tähtienvälisessä, lämpimässä pölyssä. 

Jos havaintojen tulkinta pitää paikkansa, kehittyneet sivilisaatiot ovat hyvin harvinaisia tai puuttuvat tyystin meitä ympäröivästä lähimaailmankaikkeudesta – missä "läheisyys" mitataan vähintään kymmenissä tai jopa sadoissa miljoonissa valovuosissa. 

"Penn Staten tutkimus osoitti jo, että tällaiset sivilisaatiot ovat hyvin harvinaisia, mutta uusi tutkimus viittaa siihen, että sekin on vähättelyä. Kardashevin tyypin III sivilisaatioita ei yksinkertaisesti ole kovin lähellä. Mielestäni voimmekin nukkua yömme rauhassa: muukalaisten hyökkäys on hyvin epätodennäköinen", naurahtaa Garrett.

Jotkut Garrettin tutkimista galakseista vaativat vielä lisähavaintoja, mutta toistaiseksi kaikki tarkkaan tunnetut järjestelmät selittyvät luonnollisilla ilmiöillä. "Hyvin todennäköisesti loputkin lukeutuvat samaan kategoriaan, mutta ne kannattaa silti tarkistaa", Garrett arvioi.

Garrettin soveltamalla menetelmällä olisi mahdollista tunnistaa myös tyypin II sivilisaatioiden jättämät jäljet. Sellaisetkin olisivat paljon meitä kehittyneempiä, sillä me emme ole vielä yltäneet edes tyyppiin I. Ja ne olisivat todennäköisesti yleisempiä kuin tyypin III sivilisaatiot.

"On hieman huolestuttavaa, että tyypin III sivilisaatioita ei näytä olevan olemassa. Se ei ole ollenkaan niiden fysiikan lakien mukaista, jotka selittävät muuten niin hyvin fysikaalisen maailmankaikkeuden. Palapelistä näyttää puuttuvan jokin keskeinen palanen. Kenties kehittyneet sivilisaatiot ovat niin energiatehokkaita, että niiden säteilemä hukkaenergia on hyvin vähäistä - tosin nykyisen fysiikan tuntemuksemme perusteella se olisi hyvin vaikeaa. Siksi on tärkeää jatkaa Maan ulkopuolisen älyn merkkien etsimistä, jotta saisimme todella selville, mikä tilanne oikein on", Garrett päättää.

Tutkimuksesta kerrottiin Hollannin radioastronomisen instituutin ASTRONin uutissivuilla ja se julkaistaan Astronomy and Astrophysics -tiedelehdessä.

Kuva: Danielle Futselaar/ASTRON