planetaarinen sumu

Muurahaissumu eli Menzel 3 on eteläisellä taivaalla Kulmaviivoittimen tähdistön suunnassa noin 8 000 valovuoden etäisyydellä sijaitseva planetaarinen sumu. Se on syntynyt Auringon kokoluokkaa olevan tähden puhaltaessa uloimmat kerroksensa avaruuteen, jolloin jäljelle on jäänyt suunnilleen maapallon kokoinen valkoinen kääpiö.

Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskoopilla tehtyjen infrapunahavaintojen perusteella Muurahaissumusta tulee lasersäteilyä. Vastaavanlaisia kohteita tunnetaan vain muutama, sillä avaruudessa lasersäteilyn synty edellyttää aivan tietynlaisia olosuhteita.

Mielenkiintoinen yhteensattuma on, että Muurahaissumun 1920-luvulla löytänyt ja luetteloinut Donald Menzel esitti aikoinaan, että tällaisissa kaasupilvissä voi esiintyä valon vahvistusta säteilyn stimuloidun emission avulla – eli lasersäteilyä. Silloin laseria ei ollut vielä saatu toimimaan laboratoriossakaan.

"Havaitsimme hyvin harvinaista laseremissiota, jonka selittyy vedyn rekombinaatiolla", kertoo tutkimusta johtanut Isabel Aleman.

Tällaista lasersäteilyä voi syntyä ainoastaan olosuhteissa, joissa tähden lähellä on hyvin tiheää kaasua. Havaintojen ja laskennallisten mallien vertailu osoittaa, että tiheyden on oltava noin 10 000 kertaa suurempi kuin yleensä planetaarisissa sumuissa ja myös Muurahaissumun ulommissa osissa.

Leijonan tähdistöön kuuluva CW Leo on punainen jättiläinen, joka on aivan liian himmeä näkyäkseen paljain silmin, mutta infrapuna-alueella se on koko taivaan kirkkain tähti. Uudet havainnot ovat osoittaneet, että aiemmat käsitykset sen luonteesta joutavat romukoppaan.

CW Leo on elinkaarensa loppuvaiheissa. Ydinpolttoaineen käydessä vähiin se on laajentunut punaiseksi jättiläistähdeksi ja nyt se on puhaltamassa avaruuteen uloimpia kerroksiaan, joista muodostuu lopulta planetaarinen sumu.

"Tähti on turvonnut valovoimaiseksi jättiläiseksi, joka on olemassaolonsa itsetuhoisimmassa vaiheessa. Se repii itsensä hajalle omalla säteilyllään ja sinkoaa tiheitä kaasu- ja pölypilviä avaruuteen. Tähti kuolee oman upean ilotulituksensa saattelemana", runoilee tutkimusta johtanut Paul Stewart.

Vuosien varrella tehdyissä havainnoissa tähti tai pikemminkin sitä ympäröivä kaasu- ja pölypilvi on muuttanut muotoaan kaiken aikaa. Kirkas kohta, jota aiemmin luultiin itse tähdeksi, on siirtynyt yli neljä miljardia kilometriä alkuperäiseltä paikaltaan. Tähdet eivät tee moisia äkkiloikkia. 

Kirkkaat alueet ovatkin kaasupilven kuumia kohtia, kun tähti itse piileskelee pyörteilevän pilven sisällä. CW Leosta on tehty havaintoja sekä Keck- että VLT-teleskoopeilla, mutta myös Cassini-luotaimella, joka tarkkaili tähden peittymistä Saturnuksen renkaiden taakse.

"Tämä on yksi niistä nöyryyttävistä tilanteista, kun luonto muistuttaa, kuka on pomo", toteaa tutkimukseen osallistunut Peter Tuthill. 

"Viimeisten 20 vuoden ajan monet tähtitieteilijät – minä mukaanlukien – on yrittänyt hahmottaa epämääräisten kuvien taustalla olevaa rakennetta. Olen nähnyt mutkikkaita matemaattisia malleja siitä, miten tähteä ympäröivään sumuun muodostuu onkaloita, kiehkuroita, kiekkoja ja renkaita. Kaiken aikaa tähdellä on ollut ihan omat ideansa."

Tähden ominaisuuksia koskevat ajatukset ovat osoittautuneet jokseenkin totaalisen virheellisiksi. "Kun kaikki rakenteet, jotka luulimme tuntevamme, katoavat kokonaan, ja niiden tilalle tulee yhtäkkiä aivan uudenlaisia, meille ei jää paljon käteen", arvioi Stewart.

"On selvää, että uusien kuvien mukaan CW Leo on kaiken aikaa singonnut sinne tänne kuuman pölyn tihentymiä ja suihkuja", Tuthill selittää. 

"Tähti on kuin taivaallinen versio tunnetusta Rorschachin mustetahratestistä. Yrittäessämme selvittää möykkyjen ja klönttien sisäistä rakennetta olemme nähneet oikeastaan vain heijastumia omista ennakkokäsityksistämme. On ihan okei, että nelivuotias poikani näkee pilvissä kaneja tai elefantteja, mutta tällä kertaa Leijonan pölyinen tähti on saanut meidät tähtitieteilijät kiinni unelmoinnista."

Tutkimuksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu seuran Monthly Notices -tiedelehdessä.

Kuva: Paul Stewart ja Peter Tuthill

Saksalais-amerikkalainen tähtitieteilijä Rudolph Minkowski löysi vuonna 1947 Käärmeenkantajan tähdistöstä planetaarisen sumun, joka sai luettelonimekseen PN M2-9. Tylsän tunnuksen lisäksi sitä kutsutaan Tuplasuihkusumuksi, jonka alkuperä on kuvasta katsottuna ilmeinen. Etäisyyttä sumulla on noin 4 000 valovuotta.

Planetaarisen sumun keskellä on yleensä elämänsä päätepisteessä oleva tähti, joka on viimeisenä voimanponnistuksenaan sylkäissyt uloimmat kerroksensa avaruuteen laajenevaksi kaasukuoreksi. 

Tuplasuihkusumu on niin sanottu bipolaarinen eli kaksinapainen sumu. Sen sijaan, että planetaarinen sumu leviäisi joka suuntaan, kaasu muodostaa tässä tapauksessa kaksi vastakkaisiin suuntiin puhaltuvaa suihkua, joiden ympärillä on kaasukuplat. Suihkujen virtausnopeus on yli miljoona kilometriä tunnissa.

Sumua ei tee erikoiseksi pelkästään sen poikkeuksellinen muoto. Lisäksi sen keskellä on yhden sijasta kaksi tähteä. Ne ovat massaltaan samaa luokkaa kuin Aurinko, toinen hieman pienempi ja toinen aavistuksen suurempi. Tähdet kiertävät toisensa kerran sadassa vuodessa. 

Toinen tähdistä on vastikään puhaltanut ulkokerroksensa taivaan tuuliin, toinen on ehtinyt muuttua jo valkoiseksi kääpiöksi, suunnilleen auringonmassaisen tähden elinkaaren päätepisteeksi. Tähtien ympärille on kertynyt ainekiekko, jonka läpimitta on noin 30 kertaa suurempi kuin Pluton kiertoradan halkaisija Aurinkokunnassa. Kiekkoa ei kuitenkaan erotu edes Hubblen huipputarkassa kuvassa.

Tuplasuihkusumun muoto johtuu siitä, että valkoinen kääpiö sinkoaa vetovoimallaan kumppanistaan puhaltuneen kaasun kahteen vastakkaiseen suuntaan. Kaasun nopeudesta on voitu päätellä, että sumu on syntynyt vain noin 1 200 vuotta sitten. Vaikka selitys pätee tähän kohteeseen, tutkijat eivät ole varmoja, onko kaikkien bipolaaristen sumujen keskellä kaksoistähtijärjestelmä.

Kuva on julkaistu Hubblen uutissivuilla.

Kuva: ESA/Hubble & NASA/Judy Schmidt

Euroopan eteläinen observatorio ESO on julkaissut kaikkien aikojen yksityiskohtaisimman kuvan aiemmin kehnohkosti tunnetusta kohteesta ESO 378-1. Kohteen nimi viittaa luetteloon, joka koottiin 1970- ja -80-luvuilla ESOn metrisellä Schmidt-kaukoputkella otettujen kuvien perusteella. Tuore kuva on otettu Chilessä sijaitsevalla VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope), joka rakentuu neljästä 8,2-metrisestä peilikaukoputkesta.

Kuvassa hohtava kupla on Vesikäärmeen tähdistössä oleva planetaarinen sumu, jonka lempinimi on "Eteläinen pöllösumu". Se muistuttaa pohjoisen taivaan Pöllösumua, joka on Ison karhun tähdistön suunnassa. Hyvällä mielikuvituksella sumussa näkyvät tummemmat alueet voi mieltää pöllön ymmyrkäisiksi silmiksi.

Planetaarinen sumu syntyy, kun Auringon kokoluokkaa oleva tähti kehityksensä loppuvaiheissa syytää osan massastaan avaruuteen. Laajenevan kaasupilven keskelle jää valkoinen kääpiö, suunnilleen maapallon kokoinen, mutta liki Auringon massainen tähden jäänne. 

Valkoinen kääpiö jäähtyy hitaasti, sillä sen sisuksissa ei enää tapahdu energiaa vapauttavia fuusioreaktioita. Alkuun sen säteilemä ultraviolettisäteily saa ympäröivän kaasupilven hohtamaan planetaarisena sumuna. Pilven laajentuessa ja säteilyn hiipuessa planetaarinen sumu himmenee, ja katoaa lopulta kokonaan.

Planetaarisen sumun elinaika on tähden elinkaareen verrattuna suunnilleen sama kuin saippuakuplan elinaika verrattuna kuplan puhaltaneen lapsen ikään. Siinä missä Auringon kokoisen tähden elinkaari kestää kymmenisen miljardia vuotta, planetaarinen sumu haihtuu muutamassa kymmenessätuhannessa vuodessa.

Kauniisti hohtavat planetaariset sumut eivät ole pelkkiä kosmisia koristeita, vaan ne ovat keskeisessä asemassa myös meidän itsemme olemassaolon kannalta. Tähtien sisuksissa myllertävissä fuusioreaktioissa syntyy vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita aina rautaan saakka (rautaa raskaammat alkuaineet syntyvät supernovaräjähdyksissä). 

Kun tähti ehättää elämänsä ehtoolle, sen tuottamat alkuaineet puhaltuvat avaruuteen tähden ulkokerrosten mukana. Ja nuo ulkokerrokset näemme planetaarisina sumuina, joiden kaasu vähitellen sekoittuu tähtienväliseen aineeseen seuraavien tähtisukupolvien ja planeettojen rakennusmateriaaliksi. Ilman planeraarisia sumuja maailmankaikkeus olisi eloton paikka.

Kuva on julkaistu osana ESOn "Kosmiset jalokivet" -ohjelmaa (Cosmic Gems), jonka tarkoituksena on tuottaa opetus- ja tiedotustoimintaa varten näyttäviä kuvia mielenkiintoisista tähtitaivaan kohteista.

Lisätietoja kuvasta ja kohteesta löytyy ESOn uutissivuilta.

Kuva: ESO

Galaksien törmäykset ja sulautumiset yhteen ovat olleet maailmankaikkeudessa arkipäivää. Suuret tähtijärjestelmät ovat kasvaneet haalimalla itseensä pienempiä naapureitaan. 

Niin on tehnyt myös Linnunrata, jonka kiekossa on jäänteitä entisistä seuralaisgalakseista. Tällaisia jäänteitä – toisesta galaksista peräisin olevia tähtiä ja kaasua – on kuitenkin vaikea nähdä ja tietysti sitä vaikeampi, mitä kaukaisemmista galakseista on kyse. 

Euroopan eteläisen observatorion ESOn VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) on tehty havaintoja elliptisestä galaksista Messier 87. Se sijaitsee noin 50 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Siihen kuuluu noin tuhat miljardia tähteä ja se hallitsee gravitaatiollaan Virgon galaksijoukkoa. 

Jättimäinen galaksi on nielaissut keskikokoisen kaverinsa alle miljardi vuotta sitten eli kosmisessa aikaskaalassa vastikään. Tähän tulokseen tultiin tarkastelemalla tähtien sijasta niiden jäännöksiä, planetaarisia sumuja, jollainen myös Auringosta jää jäljelle, kun aika jättää.

Max-Planck-instituutissa Saksassa tutkittiin Alessia Longobardin johdolla noin 300 planetaarisen sumun liikkeitä M87-galaksissa. Laajenevat kaasukuoret säteilevät voimakkaasti vihertävää valoa, joka on helppo erottaa tähtien säteilystä: vihreitä tähtiä ei ole. Planetaaristen sumujen säteilemän valon spektristä on pääteltävissä myös niiden liike.

Kuolleiden tähtien jäännökset ovat hajaantumassa avaruuteen. "Todistamme tapahtumaa, jossa keskikokoinen spiraaligalaksi kulki Messier 87 -galaksin keskuksen läpi ja sai aikaan valtaisia vuorovesivoimia, jotka sinkosivat sen tähdet sata kertaa galaksin alkuperäistä kokoa laajemmalle alueelle", sanoo tutkimukseen osallistunut Ortwin Gerhard.

Pienemmän galaksin kannalta tuhoisa törmäys näkyy myös M87:n ulko-osissa. Ellipsigalaksia ympäröivä halo on paikoin tuplasti kirkkaampi kuin se olisi ilman kolarointia. Ahmattiin on kertynyt myös nuoria, sinisiä tähtiä, jotka kertovat kadonneessa galaksissa syntyneen edelleen runsaasti uusia tähtiä. Elliptisissä galakseissa tähtiä syntyy enää hyvin vähän. 

"On jännittävää pystyä tunnistamaan tähtiä, jotka ovat sirottuneet satojentuhansien valovuosien laajuiselle alueelle galaksin halossa, mutta silti kyetä päättelemään niiden nopeuksista, että ne kuuluvat samaan rakenteeseen. Vihreät planetaariset sumut ovat neuloja kullanväristen tähtien heinäsuovassa. Ne kertovat meille, mitä tähdille tapahtui", päättää Magda Arnaboldi.

Tutkimuksesta kerrottiin ESOn uutissivuilla ja se on julkaistu Astronomy & Astrophysics -tiedelehdessä.

Kuva: Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO

Skorpionin tähdistössä noin 3800 valovuoden etäisyydellä sijaitsevan planetaarisen sumun sisuksissa on suuret määrät hiiltä. NGC 6302 eli Perhossumu on syntynyt, kun arviolta viisi kertaa Aurinkoa massiivisempi tähti puhalsi noin 1900 vuotta sitten jättiläisvaiheen päätteeksi ulkokerroksensa avaruuteen. Kuvassa alimillimetrialueen radiohavainnot (merkitty keltaisella) on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopilla näkyvän valon alueella otettuun kuvaan. Radiohavaintojen tekemiseen käytettiin viittä Chilessä sijaitsevan ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) seitsenmetristä lautasantennia. Jatkossa havaintoja on tarkoitus tehdä kaikilla ALMAn 66 antennilla, jolloin on mahdollista päästä vielä 400 kertaa parempaan erotuskykyyn. Tuloksena on entistä parempi käsitys kuolevien tähtien kemiasta ja mutkikkaiden molekyylien synnystä niiden jäljiltä jääneissä kaasupilvissä. Jo aiemmin Perhossumussa on havaittu happipitoisia silikaatteja ja hiilipitoisia polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä eli PAH-yhdisteitä - samoja, joita on löydetty esimerkiksi Marsista peräisin olevasta ALH 84001 -meteoriitista.