flare-purkaus

Naapuritähti ärjyy ja aiheuttaa ongelmia planeetalle

Ma, 08/15/2016 - 15:02 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Jarmo Korteniemi

Kerroimme eilen sensaatiomaisesta huhusta naapuritähtemme mahdollisesta asumiskelpoisesta kiertolaisesta. Itse planeetasta saadaan lisätietoja elokuun lopulla, mutta jo pelkkä tähtikin kertoo paljon sikäläisistä olosuhteista.

Millaista Proxima Centaurin seutuvilla oikein on?

Itse tähti on paljon Aurinkoa pienempi punainen kääpiö. Ihmissilmin Aurinko näyttäisi samalla etäisyydellä lähes 20 000 kertaa kirkkaammalta.

Auringon paikalle vaihdettuna Proxima taas näkyisi meillä paljon täysikuuta pienempänä, mutta 20 kertaa kirkkaampana.

Äkäpussi, jota ei varmasti kesytetä

Naapuritähtemme on suurin piirtein Auringon ikäinen tai hieman vanhempi. Se kuitenkin jaksaa porskuttaa menemään vielä pitkään senkin jälkeen kun oma aurinkokuntamme on paistettu loppuun. Proximan kaltaiset tähdet elävät useita biljoonia (n·1012) vuosia, eli satoja kertoja pidempään kuin Aurinko.

Pitkän iän mahdollistaa pieni koko. Tähdellä ei ole varsinaista pysyvää ydintä, vaan konvektio sekoittaa sen materiaa koko ajan. Juuri siksi Proxima pystyy polttamaan lähes kaiken vetynsä heliumiksi. Auringossa ei kiertoa tapahdu, ja sen ytimeen kertyvä helium ajaa oman tähtemme lopun tielle kun vasta vain kymmenys sen polttoaineesta on käytetty.

Proxima ei kuitenkaan ole mikään itse rauhallisuus. Sillä on nimittäin pahoja raivonpuuskia.

Tähdellä on aika ajoin hyvin voimakkaita flare- eli soihtupurkauksia. Ne ovat punaisille kääpiöille varsin tyypillisiä. Tutkimusten mukaan Proximan aktiivisuus seuraa noin 450 vuorokauden sykliä, mutta muutoin soihdut ovat täysin ennustamattomia.

Purkaus syntyy, kun tähden magneettikenttä muuttuu ja napsahtaa äkisti. Magneettisen energian vapautuminen kuumentaa pintaa paikallisesti. Tähden materiaa sinkoutuu hyvin kauas, joskus laajaltakin alueelta. Purkaus nostaa tähden kirkkautta kymmeniä, ehkä satojakin kertoja normaalista. Koko episodi voi olla ohi minuuteissa, suurimmat yleensä tunneissa.

Kuva: Jarmo Korteniemi

Kiertolainen? Vettä? Elämää?

Huhujen mukaan Proximaa kiertää maankaltainen planeetta elämänvyöhykkeellä. Eli alueella, jolla voi esiintyä nestemäistä H2O:ta.

Koska Proxima Centauri on pieni ja heikkotehoinen, elämänvyöhyke on erittäin lähellä sitä. Siellä kiertävän planeetan "vuosi" olisi vain muutamien päivien mittainen. Ja juuri tästä syystä sen havaitseminen onkin osoittautunut hyvin vaikeaksi. Kiertolainen on niin lähellä Proximaa, että sitä ei ole helppoa havaita nykylaitteilla.

Millaista tuollaisella planeetalla olisi? Arvaillaanpa valistuneesti.

Emotähti näyttäisi sieltä katsottuna massiiviselta. Se olisi useita kertoja suurempi kuin miltä Aurinko meille näyttää. Läheisyyden vuoksi valaistus olisi lähes samaa luokkaa kuin meillä -- jos siis ei huomioi, että Proximan loiste värjää kaiken punaiseksi. Otsikkokuvassa on hahmoteltu näkymien vertailua siellä ja täällä. (Kuvan oikealla puolella on kaksi erikokoista tähteä, jotka vastaavat näkymää mallinnetun elämänvyöhykkeen ulko- ja sisälaidoilla.)

Elämänvyöhykkeen rajat eivät ole millään muotoa selviä. Ne riippuvat täysin tarkastellusta asiasta ja käytetyistä parametreista. Eri mallit antavat Auringonkin elämänvyöhykkeelle täysin toisistaan poikkeavia arvoja. Alla olevasta kuvasta voi nähdä mallien olevan samaa mieltä vain yhdestä asiasta: Oma planeettamme sattuu aina oikein kivasti elämänvyöhykkeelle.

Onko Proximan planeetan pinnalla sitten todella virtaavaa vettä? Kallioita, rantoja, meriä, eliöitäkin? Nuo riippuuvat monesta tekijästä. Esimerkkeinä ovat vaikkapa planeetan koko, koostumus, kaasukehä ja magneettikenttä, kehityshistoria, ja moni muu.

On kuitenkin kaksi asiaa, jotka voivat vähentää tuon planeetan elinkelpoisuutta todella roimasti.

Planeetta voi ensinnäkin olla vuorovesivoimien ansiosta lukkiutunut jumiin niin, että se pitää aina saman puolensa kohti Proximaa. Silloin tähdenpuoleinen puoli paahtuisi ja varjopuoli jäätyisi. Jos planeetalla ei ole lämpöjakaumaa riittävästi tasaavaa vesi- tai kaasukehän kiertoa, elämänvyöhykkeellä olemisesta ei ehkä olisi mitään iloa.

Toiseksi, ja tärkeämpänä, Proxima voi tehdä soihtupurkauksillaan elämän kertakaikkisen mahdottomaksi. Eniten ongelmia aiheuttavat soihtujen röngenpulssit, jotka voivat haitata niin kotoperäisten eliöiden kuin satunnaisten matkailijoidenkin oleskelua pinnalla. Säteily on purkauksen aikaan yhtä voimakasta kuin Auringolla, mutta tuolla ne jouduttaisiin kokemaan paljon Merkuriusta lähempänä.

Planeetalla mahdollisesti kehittyneet eliöt ovat toki voineet vuosimiljardien aikana kehittyä kestämään purkauksia, tai jopa pakenemaan niitä. Aika näyttää, millaista tuolla siis oikeasti on.

Niin, ja onko siellä edes mitään planeettaa.

Muut jutut aihepiiristä: • (1) Huhu Proxima b:stä? • (2) Tähti Proxima Centauri • (3) Proximan planeetta varmistettu • (4) Infografiikka • (5) Lähimmät tähdet • 

Kirjoittaja on koulutukseltaan tähtitieteilijä ja planeettatutkija.

Kuvat: Jarmo Korteniemi / Tiedetuubi

Musta aukko leimahtelee

Ke, 10/28/2015 - 12:29 By Markus Hotakainen
Mustan aukon flare-purkaus

Nimensä mukaisesti mustat aukot eivät säteile – paitsi hiukkasista koostuvaa Hawkingin säteilyä – joten kuinka ihmeessä musta aukko voi leimahdella?

Mustien aukkojen lähettyviltä tuleva, usein röntgenalueen säteily ei sinänsä ole mikään ihme. Jos aukolla on ahmittavaa, sen ympärille muodostuu kertymäkiekko, samantapainen pyörre kuin pesualtaasta katoavaan veteen. 

Juuri ennen joutumistaan mustan aukon kitaan aine kuumenee niin paljon, että se säteilee voimakkaasti röntgenalueella. Ilmiö on tuttu sekä tähdenmassaisilta että galaksien keskustoissa lymyäviltä supermassiivisilta mustilta aukoilta. 

NASAn Swift- ja NuSTAR-avaruusteleskoopeilla (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) on nyt tehty havaintoja jättimäisestä röntgenpurkauksesta, joka on saanut tutkijat ymmälleen. 

Näyttää siltä, että mustissa aukoissa voi tapahtua flare-purkauksia, jollaisia havaitaan myös Auringossa. Vaikka ilmiön taustalla olevassa fysiikassa on eroja, mustan aukon flaret liittyvät sen lähistöllä olevaan koronaan siinä missä Auringon flare-purkauksilla on kytkentä päivätähtemme koronan ominaisuuksiin.

Mustan aukon korona ei kuitenkaan ole samanlainen "kehä" kuin Auringon korona, vaan muodostuu hyvin energisten  hiukkasten tihentymistä. Havaintojen mukaan voimakkaat röntgenalueen purkaukset ovat seurausta siitä, että musta aukko sinkoaa tällaisen tihentymän suurella nopeudella kauemmas avaruuteen.

"Olemme pystyneet ensimmäisen kerran kytkemään toisiinsa koronan 'laukaisun' ja flare-purkauksen", toteaa tutkimusryhmään kuulunut Dan Wilkins. "Se auttaa meitä ymmärtämään, miten supermassiiviset mustat aukot synnyttävät maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita."

Mustien aukkojen koronat on vielä huonosti tunnettuja. Niiden arvellaan sijaitsevan joko aukon pyörimisakselin suuntaisesti sen molemmin puolin tai sitten ne ovat sirottuneet laajemmalle alueelle. 

Jälkimmäisessä tapauksessakin on kaksi vaihtoehtoa: koronat voivat muodostaa mustaa aukkoa ympäröivän pilven tai kertymäkiekon ylä- ja alapuolella olevat ”levyt”. On myös mahdollista, että koronamuodostelma muuttaa muotoaan pitkulaisesta pilvenomaiseksi ja takaisin.

Tuoreet havainnot viittaavat siihen, että koronat asettuisivat mustan aukon pyörimisakselille. Swift-teleskoopilla havaittiin voimakas röntgen- ja gamma-alueen purkaus Markarian 335 -nimisestä galaksista. 

Kohde sijaitsee 324 miljoonan valovuoden etäisyydellä Pegasuksen tähdistön suunnassa. Aiemmin se oli yksi taivaan kirkkaimmista röntgenalueen lähteistä.

"Vuonna 2007 tapahtui jotain hyvin outoa, sillä Mrk 335 himmeni kertoimella 30. Olemme nähneet, että siinä tapahtuu edelleen flare-purkauksia, mutta kirkkaus ei ole kasvanut ennalleen", ihmettelee tutkimuksessa mukana ollut Luigi Gallo.

 

 

Syyskuussa 2014 Swift-teleskoopilla havaittiin Mrk 335 -kohteessa valtaisa purkaus. Sitä alettiin seurata myös NuSTAR-teleskoopilla, jolla saatiin havaintoja purkauksen loppuvaiheista. Kun kerättyä tietoa analysoitiin, tutkijat päätyivät siihen, että kohteesta oli singonnut korona, joka sitten oli luhistunut kasaan.

"Korona kulkeutui ensin lähemmäs mustaa aukkoa ja sinkoutui sitten ylöspäin suihkun lailla", Wilkins kertoo. "Emme edelleenkään tiedä, miten mustien aukkojen ainesuihkut syntyvät, mutta jännittävä mahdollisuus on, että tässä tapauksessa korona oli muodostamassa suihkun alkupistettä ennen kuin se luhistui."

Korona liikkui hyvin vauhdikkaasti, sillä havaintojen mukaan sen nopeus oli jopa 20 prosenttia valon nopeudesta, siis noin 60 000 kilometriä sekunnissa. Jos korona sattuu tulemaan meitä kohti, sen lähettämä säteily näyttää suhteellisuusteorian mukaisesti voimistuvan – eli mustan aukon lähistöllä havaitaan voimakas flare-purkaus.

Tutkimuksesta kerrottiin JPL:n (Jet Propulsion Laboratory) uutissivuilla ja se julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/JPL-Caltech