supernova

Ennätykset uusiksi – kaikkeuden kaukaisin supernova

Ti, 02/20/2018 - 21:54 Markus Hotakainen

Tähtitieteilijät pystyvät tähyämään yhä kauemmas sekä ajassa että avaruudessa. Nyt on nähty tähden kuolema yli kymmenen miljardia vuotta sitten. Tai oikeastaan se nähtiin jo syksyllä 2016, mutta havainto saatiin varmistettua viime vuoden lopulla.

Vuonna 2013 käynnistyneen Dark Energy Survey -kartoituksen (DES) tarkoituksena on pyrkiä löytämään johtolankoja pimeän energian olemuksesta tekemällä havaintoja sadoista miljoonista galakseista. Sivutuotteena saadaan tietoa paljon muustakin, muun muassa kaukaisista ja samalla muinaisista supernovista.

Nuoressa maailmankaikkeudesta räjähtänyt tähti DES16C2nm on luokiteltu "ylikirkkaaksi supernovaksi" (superluminous supernova, SLSN), jotka ovat kaikkein voimallisimpia, mutta myös harvinaisimpia tähtien räjähdyksiä.

Niiden arvellaan olevan seurausta prosessista, jossa kaksoistähden toisena osapuolena olevaan neutronitähteen kertyy ainetta. Kun sen massa kasvaa tiettyä rajaa suuremmaksi, neutronitähti räjähtää hajalle.

Tutkimusryhmää johtaneen Southamptonin yliopiston Mathew Smithin mukaan jo ennätyksellinen etäisyys tekee havainnosta kiinnostavan, mutta sen myötä saadaan myös ainutkertaista tietoa tähän erikoislaatuiseen luokkaan kuuluvien supernovien luonteesta.

"Supernovan lähettämä ultraviolettisäteily kertoo meille räjähdyksessä syntyvien metallien määrästä sekä siinä esiintyvästä lämpötilasta. Kumpikin on oleellinen tieto, jotta voimme ymmärtää, mikä saa aikaan tällaisia kosmisia pamauksia", Smith toteaa.

DES16C2nm on ensimmäinen laatuaan DES-kartoituksessa, mutta tutkijoiden mukaan niitä on jatkossa helpompi löytää, kun nyt tiedetään, mitä pitää etsiä. "Tällaisista supernovista ei ollut aavistustakaan, kun aloitimme DES-kartoituksen", lisää Bob Nichol Portsmouthin yliopistosta.

DES-hankkeessa on mukana 400 tähtitieteilijää yli 25 tutkimuslaitoksesta eri puolilta maailmaa. Havaintojen tekemiseen käytetään huippuherkkää 570 megapikselin digikameraa, joka on asennettu nelimetriseen kaukoputkeen Cerro Tololon observatoriossa Chilessä.

Sillä kuvataan kaikkiaan 5 000 neliöasteen kokoista kaistaletta eteläisestä tähtitaivaasta. Osa havaintoajasta käytetään tiettyjen taivaanalueiden kuvaamiseen yhä uudelleen noin kerran viikossa, jolloin haaviin saadaan lyhytaikaisempia ilmiöitä, kuten nyt löydetyn kaltaisia supernovia.

Tutkimus on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: M. Smith/DES collaboration

Mitä nämä ovat: äärimmäisen kirkkaita räjähdyksiä kaukaisissa galakseissa?

Ma, 11/13/2017 - 18:59 Jari Mäkinen

Suomalaistähtitieteilijä Erkki Kankareen johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt koko joukon uudenlaisia äärimmäisen kirkkaita räjähdyksiä etäisistä galakseista. Kyseessä voivat olla kirkkaimmat koskaan havaitut supernovaräjähdykset.

Belfastissa Queen's University:ssä työskentelevän tutkijatohtori Erkki Kankareen johtama tutkijaryhmä on julkaissut juuri Nature Astronomy -lehdessä jännittävän tutkimuksen, jonka avainroolissa on Havaijilla sijaitsevalla teleskoopilla löydetty äärimmäisen kirkas supernova.

Robottiteleskooppi Pan-STARRS1 havaitsee koko ajan tähtitaivasta etsien sieltä asteroideja, komeettoja ja kaikenlaisia muita normaalista poikkeavia ilmiöitä – kuten supernovia eli massiivisten tähtien räjähdyksiä.

Yksi näistä räjähdyksistä on saanut nimen PS1-10adi ja se kiinnitti Kankareen tutkimusryhmän huomion. Tämä supernova tapahtui galaksissa, joka on yli kolmen miljardin valovuoden etäisyydellä Maasta. Se on erittäin mielenkiintoinen muun muassa kirkkautensa ja emogalaksin ydinalueelle sijoittumisensa vuoksi. Kohdetta on seurattu useita vuosia.

”Kohteen säteilemä kokonaisenergia on tuhatkertainen verrattuna normaaleihin supernovaräjähdyksiin", kertoo Kankare Suomen Akatemian lähettämässä tiedotteessa. 

"Kohteen emogalaksi on myös aktiivinen niin sanottu Seyfert-galaksi, jonka ytimessä on noin kymmenen miljoonan Auringon massainen supermassiivinen musta aukko. Kohteen spektroskooppiset ominaisuudet, sekä hidas ja tasainen kirkkauden evoluutio osoittivat kuitenkin, että kyseessä ei ole normaali aktiivisen galaksin supermassiiviseen mustaan aukkoon liittyvä purkaus."

Tarkalleen ottaen PS1-10adi:n laskennallinen energia oli 2,3 x 1045 Joulea. Vertailun vuoksi voi mainita, että LIGO-gravitaatioaaltohavainnossa tapahtuneessa kahden massiivisen mustan aukon törmäyksen tuottama energia oli noin 5,4 × 1047 Joulea.

Toistaiseksi ainoastaan aktiiviset galaksiytimet (ns. AGN:t) ovat ainoa tunnettu luonnollinen ilmiö. jonka tiedetään tuottavat tällaisia energioita. Aktiiviset galaksiytimet ovat galaksien keskustoissa olevia alueita, missä oletettavasti jättisuuren mustan aukon ympärillä kiihtyvä kaasu säteilee erittäin voimakkaasti.

Voi olla, että nyt tehdyllä havainnolla ja aktiivisilla galaksiytimillä on jotain yhteistä, kuten tutkimusryhmässä mukana ollut professori Seppo Mattila kollegoineen arvelee toisessa tutkimuksessa.

Mistä oikein on kyse?

Havaintoanalyysin pohjalta tutkijaryhmä päätyi kahteen eri vaihtoehtoon PS1-10adi:sta ja vastaavista kohteista.

Jos kyseessä on yksi kaikkien aikojen kirkkaimmista supernovaräjähdyksistä, se on lähtöisin äärimmäisen massiivisesta tähdestä, jonka massa on vähintään useita kymmeniä tai jopa satoja Auringon massoja. Kyseessä voi myös olla tähden hajoaminen galaksiytimen supermassiivisen mustan aukon aiheuttamien vuorovesivoimien vaikutuksesta. Molemmissa tapauksissa havainnot viittaavat siihen, että kohteessa räjähdysmäisesti laajeneva materiaali törmäsi ympäröivässä avaruudessa olevaan tiheään kaasuun.

"Mikäli kyse on mustan aukon hajottamasta tähdestä, havainnot kertovat jotain uutta tällaisten kohteiden mekanismista", kiteyttää Kankare.

Tutkimuksessa esiteltiin myös viisi muuta löydettyä kohdetta, joilla on samankaltaiset ominaisuudet.

”Tulevat havainnot uusista samankaltaisista kohteista mahdollistavat näiden erittäin suurienergisten räjähdysten paremman ymmärtämisen. Kohteiden valtavan kirkkauden ansiosta niitä voidaan myös käyttää tulevaisuudessa työkaluina luotaamaan galaksien ominaisuuksia kaukaisessa maailmankaikkeudessa”, kertoo Turun yliopistossa oleva Mattila.

Suuri osa jatkohavainnoista tehtiin 2,56 metrin yhteispohjoismaisella NOT-teleskoopilla La Palmalla, Kanarian saarilla. 

Suomesta tutkimuksessa ovat mukana myös tohtori Tuomas Kangas sekä tohtorikoulutettavat Jussi Harmanen ja Thomas Reynolds Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen Tuorlan observatoriosta.

Jutun pohjana on Suomen Akatemian lähettämä tiedote.

Tarkin kuva jättiläistähdestä - lähikuvassa supernovaksi valmistautuva Betelgeuze

To, 06/29/2017 - 06:16 Jarmo Korteniemi
Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / E. O’Gorman / P. Kervella

Betelgeuze on eräs tähtitaivaan kirkkaimmista tähdistä. Nyt se on nähty uusin silmin, kun tutkijat ALMA-observatoriolla nappasivat siitä ennennäkemättömän tarkan kuvan.

Tutkijat ovat ottaneet huipputarkan kuvan jättimäisestä Betelgeuze-tähdestä. Kuva kertoo lämpötilaeroista tähden kaasukehässä.

Maasta katsottuna Betelgeuzen näennäinen läpimitta on noin 0,05 kulmasekuntia, ja kuvan erotuskyky on noin 0,014 kulmasekuntia. Tähden kiekko näkyy kuvassa siis varsin sumeana, eikä siitä erotu kovin pieniä yksityiskohtia.

Kuvasta erottuu kuitenkin kaksi jättimäistä poikkeuksellista aluetta. Kumpikin on pyöreästi oman Aurinkokuntamme sisäosien kokoinen. Valkoisena erottuva alue on noin tuhat astetta ympäröivää tähden pintaa kuumempi, ja tähden reunalta kurottuu vasemmalle toinen hieman haaleampi lämpötilapiikki. Tutkijoiden mukaan näitä alueita lämmittää epätavallisen runsas magneettinen aktiivisuus, jota ajavat jättiläismäiset konvektiosolut tähden fotosfäärissä.

Betelgeuzen riehuminen on ennenkin ollut komeaa seurattavaa. Vuonna 2009 sen havaittiin puskeneen avaruuteen kaasupilven, joka ulottuisi omassa aurinkokunnassamme Auringosta lähes Neptunuksen radalle asti.

Punahehkuinen tyhjiö

Betelgeuze on kuuluisa, sillä se on eräs suurimpia tunnettuja tähtiä ja varsin lähellä Aurinkoa. Se myös löytyy taivaalta helposti: selvästi punertava Betelgeuze on Orionin tähdistön toiseksi kirkkain ja koko tähtitaivaan yhdeksänneksi kirkkain tähti.

Vaikka Betelgeuze on yksi taivaan kirkkaimmista tähdistä ja sitä on tutkittu pitkään ja hartaasti, monia sen perusominaisuuksiakaan ei vieläkään tunneta kovin tarkkaan. Sen esimerkiksi kerrotaan olevan noin 650 valovuoden päässä Auringosta, vaikka mittausten virheraja onkin 150 valovuotta.

Betelgeuze on erittäin harvaa ainetta, minkä vuoksi tähteä kutsutaankin joskus "punahehkuiseksi tyhjiöksi". Sata metriä kanttiinsa oleva kuutio "keskimääräistä Betelgeuzea" olisi massaltaan vain alle 100 kilogrammaa. Saman kokoinen palanen "keskimääräistä Aurinkoa" painaisi lähes 1,5 miljardia kiloa, ja vastaava ilmakuutiokin yli 1,2 miljoonaa kiloa.

Betelgeuzen massan arvioidaan olevan Aurinkoon verrattuna 15–23 -kertainen. Sen halkaisija taas on vajaat 900 kertaa Aurinkoa suurempi (plusmiinus 200 Aurinkoa).

Betelgeuze on nuori, vain 8–8,5 miljoonan vuoden ikäinen tähti. Suuren kokonsa vuoksi sen kehitys on kuitenkin erittäin nopeaa ja väkivaltaista, ja lähentelee loppuaan. Se on punainen (yli)jättiläistähti, jonka odotetaan räjähtävän supernovana todennäköisesti lähimmän 100 000 vuoden aikana. Hetkeä on kuitenkin mahdotonta ennustaa tarkalleen edes kymmenien tuhansien vuosien tarkkuudella. Kun fotonit supernovasta joskus viimein saavuttavat Maan, tapahtuma tulee näkymään selvästi päivätaivaallakin. Nykytiedon valossa supernova tuskin aiheuttaa Aurinkokunnassamme juuri minkäänlaista vaaraa.

Kuva Betelgeuzesta otettiin Chilessä sijaitsevalla ALMA-radioteleskooppiryhmällä. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on kansainvälinen projekti ja on ollut toiminnassa vuodesta 2013 asti. Tämä oli ensimmäinen kerta kun ALMAlla on kuvattu minkään tähden pintaa.

Tutkimuksessa mitattiin kaasun lämpötiloja lähellä tähteä. Alueella havaittiin tapahtuvan selvää lämpötilainversioita: Tähden pinnalta ylöspäin noustessa kuumuus hellittää pian lähes tuhannella asteella (3400 °C → 2500 °C) kunnes palaa vieläkin korkeammalla takaisin lähes pinnan kuumuuteen (3300 °C). Havainto tukee aiempia mallinnuksia viileiden jättiläistähtien kaasukehistä.

Tähden nimestä on kaksi kirjoitusmuotoa, Betelgeuze ja Betelgeuse.

Lähteet: ESOn tiedote, O'Gorman ja kumpp. (2017), Dolan ja kumpp. (2016)

Selitys superkirkkaalle räjähdykselle

La, 12/17/2016 - 16:28 Jari Mäkinen

Mikä on maailmankaikkeuden kirkkain supernovaräjähdys? Sen oletettiin olleen ASASSN-15lh, kaukaisessa galaksissa ollut epätavallisen kirkas välähdys, mutta nyt tutkijajoukko olettaa, että kyseessä ei ollutkaan supernova – jättiläistähden kuolinkouristus – vaan musta aukko, joka repi palasiksi lähelle eksyneen tähden.

Vuonna 2015 All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN) -kartoitus havaitsi ASASSN-15lh:ksi nimetyn kohteen, joka tulkittiin kaikkien aikojen kirkkaimmaksi supernovaksi eli massiivisen tähden räjähdykseksi elämänsä lopussa.

Se oli kaksi kertaa kirkkaampi kuin aikaisempi ennätyksenhaltija ja oli huipussaan 20 kertaa kirkkaampi kuin koko Linnunradan valoteho yhteenlaskettuna.

Israelilaisen Weizmann-instituutin ja tanskalaisen Dark Cosmology -keskuksen tutkijan Giorgos Leloudasin johtama kansainvälinen tutkijaryhmä teki uusia havaintoja noin neljän miljardin valovuoden etäisyydellä Maasta sijaitsevasta galaksista, jossa räjähdys tapahtui. Tutkijat esittivät uuden selityksen tälle erikoiselle tapahtumalle. 

Sen sijaan, että räjähdys olisi ollut poikkeuksellisen kirkas supernova, on tuoreen mallinnuksen mukaan todennäköisempää, että tapahtuman aiheutti nopeasti pyörivä ns. Kerrin musta aukko, joka tuhosi pienimassaisen tähden. 

Havaintoja välähdyksestä tehtiin useilla kaukoputkilla ympäri maailman, muun muassa Hubble-avaruusteleskoopilla ja ESO:n 8,2-metrisellä VLT-teleskoopilla sekä pienemmällä NTT-teleskoopilla.

Tutkijaryhmän tulokset ilmestyivät Nature Astronomy -julkaisussa 12.12.2016. 

Monikansalliseen kirjoittajajoukkoon kuuluvat myös Turun yliopiston professori Seppo Mattila sekä tohtorikoulutettavat Jussi Harmanen ja Tuomas Kangas.

Kolme vaihetta välähdyksessä

Kiinnostavaa tapahtumasarjassa oli se, että se kesti kaikkiaan yli 10 kuukautta ja sitä pystyttiin seuraamaan koko ajan hyvin tarkasti. Tänä aikana supernovaksi aluksi oletettu tapahtuma kävi läpi kolme selvästi erilaista vaihetta. Näiden perusteella voidaan päätellä, että kyseessä on todennäköisesti ennemminkin mustan aukon voimakkaasta vetovoimasta johtuva vuorovesi-ilmiö kuin superkirkas supernova.

Havaittu kohde esimerkiksi kirkastui yllättäen uudelleen ultraviolettivalon aallonpituusalueella, mikä ei viittaa erityisemmin supernovaan. Lisäksi yksinkertaisesti se, että kirkastuma tapahtui kaukaisessa, suuressa punertavassa galaksissa oli epäilyttävää; normaalisti superkirkkaan supernovat tapahtuvat galakseissa, joissa syntyy tähtiä ja jotka ovat sinertäviä.

Kyseisessä galaksissa on todennäköisesti keskellä noin 100 miljoonaa kertaa Aurinkoa massiivisempi musta aukko. Yleensä mustat aukot eivät häiritse olennaisesti tähtiä, jotka ovat niiden ns. tapahtumahorisontin ulkopuolella. Tapahtumahorisontiksi sanotaan mustan aukon ympärillä olevaa laskennallista etäisyyttä, jonka sisäpuolelta ei edes valo pääse pakenemaan. 

Jos esimerkiksi Aurinko muuttuisi mustaksi aukoksi, niin planeetat jatkaisivat pyörimistä radoillaan sen ympärillä kuten nyt. Vain kappaleet, jotka kulkisivat hyvin läheltä mustaa aukkoa, joutuisivat sen painovoimahampaisiin.

Joskus tosin musta aukon vaikutus kurottaa pitemmällekin: kun aukko pyörii nopeasti, sen tapahtumahorisontti kurottuu kauemmaksikin.

Vaikka tutkijat eivät voikaan olla sataprosenttisen varmoja siitä, että ASASSN-15lh oli musta aukko, joka kannibalisoi lähelleen tulleen tähden omituisilla, supervoimakkaalla vuorovesivoimallaan, on tämä kuitenkin varsin todennäköistä. Ja todennäköisesti tämä havainto auttaa ymmärtämään paremmin muitakin omituisia supernovia, sekä yleisesti sitä, miten luonto toimii.

Tutkimuksesta kerrottiin ESO:n ja Turun yliopiston tiedotteissa.

Tagit

Tältä näyttää supernovan sisällä

Ma, 06/13/2016 - 09:15 Markus Hotakainen

Päivän kuvassa on tänään tietokonemallinnus supernovasta, eli massiivisesta räjähdyksestä, joka syntyy jättiläistähden energiaa tuottavan fuusioreaktion loppuessa. Kyseessä on siis ikään kuin tähden kuolema ja sen loppukouristus.

Päivän kuvaSupernovaräjähdyksen kirkkaus voi hetkellisesti päihittää kokonaisen galaksin säteilemän valon. Vaikka periaatteessa supernovan tapahtumakulusta on hyviä teoreettisia malleja, on lähellä tapahtuneita supernovaräjähdyksiä valitettavasti sen verran vähän, että niistä ei ole saatu paljoa tietoa. Supernovat ovat varsin harvinaisia tapahtumia, eikä omassa galaksissamme, Linnunradassa, ole sellaisia tapahtunut modernin tähtitieteen aikaan yhtään.

Sellaista toki odotetaan: mm. jättiläistähdet Rho Cassiopeiae, Eta Carinae ja Betelgeuze voivat räjähtää melkein milloin vain, sillä niiden arvellaan olevan aivan elinikänsä lopussa. Muissa galakseissa havaitaan supernovia kohtalaisen usein, mutta niistä ei voida tehdä kovin tarkkoja havaintoja.

Räjähdyksiä voidaan onneksi simuloida. Tietokonemallinnuksessa on tarkasteltu tähden sisäosien luhistuessa vapautuvien neutriinojen aiheuttamaa ulospäin suuntautuvaa painetta. Kuuma kaasu laajenee nopeasti ja työntää edellään paineaaltoa. Kuva esittää tilannetta 0,4 sekuntia räjähdyksen jälkeen – eli käytännössä räjähdys on parhaillaan tapahtumassa. Myllerryksen keskellä näkyvä pieni harmaa laikku on vastasyntynyt neutronitähti.

Paineaallon mukana kiitävä ja sen ulospäin työntämä kaasu jää jäljelle supernovajäänteenä, joka hehkuu pitkään monilla eri aallonpituuksilla ja on nähtävissä tuhansiakin vuosia. Supernovissa muodostuu rautaa raskaampia alkuaineita kuten uraania, tinaa ja kultaa. 

© Max Planck Institut für Astrophysik

Supernovan väläyksen ensi hetket havaittu ensimmäistä kertaa (video)

NASA tiedottaa, että Kepler-avaruusteleskooppi on "kuvannut" ensimmäistä kertaa räjähtävän tähden sokkiaallon kirkkaan välähdyksen näkyvän valon aallonpituusalueella. 

Tiedotteen mukana on yllä oleva komea video, mutta sitä katsoessa kannattaa muistaa, että video on visualisointi siitä, miltä välähdys mahdollisesti näyttäisi. Kepler on havainnut vain tähden kirkkauden muutoksia, mutta tämän kirkkauskäyrän avulla voidaan päätellä varsin hyvin mitä tähdessä on tapahtunut.

Indianassa olevan Notre Damen yliopiston tutkijan Peter Garnavichin johtama tutkijaryhmä on jahdannut tällaista jo pitkään: he ovat keränneet eksoplaneettoja päätoimenaan etsivän Kepler-teleskoopin havaintoja 30 minuutin välein 500 kaukaisesta galaksista, joissa on yhteensä noin 50 miljoonaa miljoonaa tähteä.

Tutkimus julkaistiin juuri Astrophysical journal -lehdessä.

Näistä havainnoista he ovat löytäneet nyt kaksi supernovaa, vanhan tähden kuolinkouristusta, ja näistä toisen perusteella voidaan ensimmäistä kertaa päätellä miltä 20 minuuttia kestävä supernovaräjähdyksen ensimmäinen, valtavasti energiaa vapauttava välähdys näyttää.

Väläys on vähän sama kuin ydinpommin räjähdyksen ensiväläys, jonka jälkeen tulipallo alkaa laajeta ja sienipilvi nousta. Tähden tapauksessa tietysti kyse on paljon suuremmasta tapahtumasta, tosin tähden mittakaavassa 20 minuuttia kestänyt väläys on silmänräpäyksellinen.

Tapahtumassa tähden sisusta romahtaa neutronitähdeksi, jolloin vapautuva energia ponnahtaa ylös tähdestä ulospäin jopa 40 000 kilometriä sekunnissa laajenevana kuumana kaasuna.

Juuri tällöin räjähdyksessä syntyy myös uusia raskaita alkuaineita, joita ei synny normaalisti tähden toimiessa. Siksi havainto on todella kiinnostava myös sen kannalta, että voimme jäljittää paremmin tapahtumaketjua meissäkin ja ympärillämme olevien raskaiden (kuten nikkeli, kupari, kulta) alkuaineiden takana.

Havaitut tähdet ovat – tai olivat – punaisia jättiläisiä, jotka räjähtivät vuonna 2011. KSN 2011a on noin 300 Aurinkoa halkaisijaltaan oleva tähti noin 700 miljoonan valovuoden päässä Maasta. KSN 2011d on puolestaan noin 1,2 miljardin valovuoden päässä ja on kooltaan noin 500 Auringon kokoinen.

Video esittää havainnollistuksena miltä KSN 2011d:n ns. tyypin II supernova voisi näyttää. Tähti oli aluksi noin 20 000 kertaa Aurinkoa kirkkaampi punainen jättiläinen, mutta välähdyksen aikaan supernova oli yli 130 miljoonaa kertaa Aurinkoa kirkkaampi. Huippunsa kirkkaus saavutti 14 vuorokautta ensimmäisen väläyksen jälkeen, jolloin kirkkaus oli noin miljardi kertaa Aurinko.

Video: NASA Ames/W. Stenzel

 

Avainsanat

Aikamme suurin ja kirkkain supernova

Ti, 02/23/2016 - 01:13 Jari Mäkinen
Ainerinkulat supernovan ympärillä


Tänään 29 vuotta sitten tapahtui se, mitä oli odotettu vuodesta 1604 alkaen: ensimmäinen paljain silmin taivaalla näkynyt supernova. Tämä tähtitieteen jymypaukku sai nimen SN1987A ja siitä puhutaan yhä edelleen.

Päivän kuvaPäivän kuvana on tänään taiteilijan näkemys supernova SN1987A:n ympärillä olevista hohtavista kaasukiekoista.

Tämä uusi tähti ilmestyi Linnunradan pieneen seuralaiseen, kääpiögalaksiksi luokiteltavaan Suureen Magellanin pilveen. Se näkyy selvästi eteläisellä tähtitaivaalla, ja koska se on usvamainen kohde taivaalla, on sen nimessä tuo sana "pilvi", koska siltä se tosiaan äkkiseltään näyttää.

Yksittäisiä tähtiä siitä ei juuri erota, joten kun siihen ilmestyi selvästi paljain silmin näkynyt tähti 23. helmikuuta 1987, oli selvää, että siellä oli supernova.

Tosin se havaittiin vasta seuraavan vuorokauden puolella 24. helmikuuta. Toisistaan riippumatta Ian Shelton ja Oscar Duhalde Chilessä Las Campañasin observatoriossa sekä Albert Jones Uudessa Seelannissa näkivät supernovan ja seurasivat, kun se kirkastui +2,9 magnitudin tähdeksi.

He olivat hyvässä seurassa, sillä edellisen paljain silmin näkyneen supernovan havaitsi Johannes Kepler vuonna 1604.

Löydön jälkeen luonnollisesti lähes kaikki maapallon kynnelle kykenevät observatoriot tekivät havaintoja supernovasta.

Se paikannettiin tarkasti ja yllätykseksi havaittiin, että kyseessä oli 168 000 valovuoden etäisyydellä sijainnut sininen superjättiläinen Sanduleak -69° 202, jonka kirkkaus ennen räjähdystä oli +12 magnitudia. Omituista tässä oli se, että silloisten käsitysten mukaan sinisten superjättiläisten ei pitänyt räjähtää supernovina. Mutta niinpä ne räjähtävät – tai ainakin yksi sellainen räjähti.

Toinen yllätys seurasi myöhemmin: kävi ilmi, että kyseessä oli ensimmäinen kerta, kun todennetusti havaittiin supernovasta tulleita neutriinoita. Jo kolme tuntia ennen kuin tähti havaittiin oli iskeytynyt parikymmentä neutriinoa eri puolilla maapalloa oleviin neutriinoilmaisimiin, ja koska havainnot Japanissa, Venäjällä ja Yhdysvalloissa sijaitsevilla ilmaisimilla tehtiin 13 sekunnin sisällä toisistaan, oli selvää, että kyseessä olivat ilmiselvästi samasta kohteesta tulleet hiukkaset.

Näin SN1987A auttoi hiukkasfyysikoita määrittämään ylärajat neutriinon massalle ja varaukselle.

Vuoden 1987 jälkeen on supernovaa seurattu tarkasti. Jättiläistähti oli puhaltanut ennen räjähtämistään kaasua ympärilleen aivan kuten tähdet tyypillisesti tekevät. Sen ympärillä oli siis ulospäin puhaltavaa tähtituulta, mutta räjähdyksen jälkeen supernovasta lähtenyt voimakas ultraviolettisäteily sai kaasun hohtamaan kirkkaina renkaina.

Renkaiden koosta ja viiveajasta, joka oli kulunut räjähdyksestä renkaiden ilmestymiseen, voitiin laskea supernovan etäisyys trigonometrisesti.

Kun räjähdyksen voimasta nopeasti yli 7000 kilometrin sekuntinopeudella poispäin singonnut materia törmäsi paljon hitaammin etääntyvään renkaaseen, alkoi rengas kirkastua ja säteillä röntgenalueella. Näin kävi vuonna 2001 ja ennusteen mukaan renkaat hiipuvat vuoteen 2030 mennessä.

29 vuotta sitten räjähtäneessä supernovassa on edelleen muutamia avoimia kysymyksiä, joista olennaisin on se, että sen tuloksena ei nähtävästi ole neutronitähteä, kuten teorian mukaan tulisi olla. Sen sijaan tähtitieteilijät uumoilevat, että räjähtäneen tähden keskusta olisi kutistunut omituiseksi kvarkkitähdeksi, missä olisi nimensä mukaisesti vain alkeishiukkasten rakennuspalikoita, kvarkkeja.

Alla on Hubble-avaruusteleskoopilla vuonna 2005 otettu kuva supernovarenkaista.

Kuvat: ESO/L. Calçada ja ESA/Hubble & NASA

Tutkijat ennustivat supernovaräjähdyksen

To, 12/17/2015 - 08:40 Markus Hotakainen
Supernova galaksijoukossa

Hubble-avaruusteleskoopilla on saatu kuvattua supernova. Siinä ei ole vielä mitään ihmeellistä, mutta poikkeuksellista on, että supernovaräjähdys pystyttiin ennustamaan etukäteen. Tai oikeastaan se nähtiin pikauusintana.

Supernovien havaitseminen heti tuoreeltaan räjähdyshetkellä tai pian sen jälkeen on harvinaista, mutta ensimmäisen kerran ilmiötä osattiin odottaa.

Kaukaisessa galaksijoukossa havaitulle supernovalle on annettu lempinimeksi Refsdal norjalaisen tähtitieteilijän Sjur Refsdalin mukaan. Hän ehdotti jo vuonna 1964, että gravitaatiolinssien muodostamia supernovien kuvajaisia voitaisiin käyttää maailmankaikkeuden laajenemisen tutkimiseen.

Marraskuussa 2014 tutkijat bongasivat MACS J1149.5+2223-galaksiryhmän yhden jäsenen ympärillä useita supernovan kuvajaisia. Galaksi muodosti gravitaatiolinssin, joka muutti supernovasta tulevien valonsäteiden kulkusuuntaa ja hajotti sen kuvan neljäksi. 

Galaksijoukko on noin viiden miljardin vuoden etäisyydellä, mutta supernova on paljon kauempana. Siitä tuleva valo on ollut matkalla lähes kymmenen miljardia vuotta.

"Supernovaa tutkiessamme huomasimme, että galaksi, jossa se on räjähtänyt, tunnettiin jo joukon vääristämänä kuvajaisena", kertoo Steve Rodney Etelä-Carolinan yliopistosta. "Supernovan 'emogalaksi' näkyy ainakin kolmena eri kuvana, jotka galaksijoukon massa on saanut aikaan."

Galaksin kuvajaiset tarjosivat harvinaisen mahdollisuuden ennustaa tulevaisuutta – tai pikemminkin menneisyyttä. Koska galaksijoukon massa on jakautunut epätasaisesti, eri kuvajaisten valo kulkee eripituisen matkan, joten galaksi näkyy niissä eri aikoina. 

"Käytimme seitsemää erilaista galaksijoukon mallia, joiden perusteella laskimme milloin ja missä supernova näkyy seuraavan kerran. Suurin ponnistuksin tiedeyhteisö keräsi tarvittavat tiedot Hubble-, VLT-MUSE- ja Keck-teleskoopeilla, ja muotoili linssiä koskevat mallit", toteaa Tommaso Treu UCLA:sta (University of California at Los Angeles). 

"Hämmästyttävällä tavalla kaikki seitsemän mallia antoivat ennusteeksi suunnilleen saman ajankohdan, jolloin uusi kuvajainen räjähtävästä tähdestä ilmestyisi näkyviin."

Hubble-avaruusteleskoopilla tarkkailtiin MACS J1149.5+2223-galaksijoukkoa lokakuun lopulta lähtien ja 11. joulukuuta supernova ilmaantui ennusteen mukaisesti kuviin. 

Otsikkokuvan vasempaan ruutuun on merkitty punaisella ympyrällä galaksi, jonka reunamilla näkyy neljä supernovan kuvajaista. Turkoosin ympyrän kohdalla on supernovan ennustettu paikka.

Oikealla ylhäällä on Hubblen seurantaohjelman ensimmäinen kuva lokakuun lopulta ja oikealla alhaalla kuva, jossa Refsdalin supernova on ilmestynyt näkyviin – täsmälleen ennustetussa paikassa.

Supernovasta tehdyt havainnot antavat tutkijoille mahdollisuuden testata malleja siitä, miten massa ja erityisesti pimeä aine jakautuu tässä nimenomaisessa galaksijoukossa. Samalla saatiin vahvistus siitä, että gravitaatiolinssit ovat tehokas menetelmä tutkia hyvin kaukaisia maailmankaikkeuden kohteita ja ilmiöitä.

Refsdalista kerrottiin Hubblen uutissivuilla

Kuva: NASA/ESA/P. Kelly (University of California, Berkeley)

Kuolevat tähdet eksyksissä

Pe, 08/14/2015 - 12:54 Markus Hotakainen

Missä tähdet kuolevat? Näemmä vähän missä sattuu.

Ryan Foley Illinois’n yliopistosta on tutkinut kolmeatoista supernovaa, elämänsä ehtoolla räjähtänyttä jättiläistähteä, jotka ovat päättäneet päivänsä aivan muualla kuin voisi olettaa. Arvoitus kietoutuu kaksoistähtien, sulautuvien galaksien ja mustien tupla-aukkojen ympärille.

Ensimmäinen odottamattomassa paikassa räjähtänyt supernova löydettiin vuonna 2000. Hubble-avaruusteleskoopilla, Lick-observatoriossa sekä Keck- ja Subaru-teleskoopeilla tehtyjen havaintojen avulla Foley pääsi ratkaisun jäljille. 

"Tiesimme näiden tähtien olevan kaukana sieltä, missä ne ovat syntyneet, joten halusin selvittää, miten ne päätyivät nykyisille sijoilleen."

Oletuksena siis oli, että jokin on saanut tuhoontuomitut tähdet vaihtamaan maisemaa. Jättiläiskaukoputkilla onnistui tähtien nopeuksien mittaus ja ne osoittautuivat oudon suuriksi. Nopeudet olivat samaa luokkaa kuin tähdillä, jotka Linnunradan keskustan supermassiivinen musta aukko on singonnut ulos galaksista, jopa seitsemän miljoonaa kilometriä sekunnissa.

Seuraavaksi Foley tarkasteli galakseja, joiden ulkolaidoilta supernovat olivat löytyneet. Monet niistä ovat suuria ellipsigalakseja, jotka sulautuneet tai parhaillaan sulautumassa toisen galaksin kanssa. Niissä näkyy pölyvanoja, jotka ovat jäänteitä galaksien hajonneista rakenteista.

Monet galaksit ovat hyvin vanhoja, mutta niillä näytti silti olevan aktiivinen supermassiivinen musta aukko, joka oli vastikään saanut uutta ”syötävää” galaktisen törmäyksen seurauksena. 

Vanhan galaksin tähdetkin ovat vanhoja, joten supernovien täytyy olla kaksoistähtijärjestelmissä. Miksi? Räjähtäneen tähden on täytynyt saada lisää massaa seuralaiseltaan tai se ei olisi ollut riittävän suuri supernovaksi.

Kaksoistähtiä, sulautuvia galakseja, mustia tupla-aukkoja… Kun kaksi galaksia sulautuu yhteen, niiden keskustoissa olleet supermassiiviset mustat aukot muodostavat tupla-aukon, jossa kaksi aukkoa asettuu kiertämään yhä tiiviimmällä radalla toisiaan.

Aukot vetävät perässä tähtien muodostamaa vanaa, jossa on väistämättä myös kaksoistähtiä. Jos tähdet joutuvat lähelle mustaa tupla-aukkoa, valtaisa vetovoima voi singota ne suurella nopeudella ulos galaksista. 

Tupla-aukon ansiosta tähtien sinkoutumisen todennäköisyys kasvaa huomattavasti. Linnunradan musta aukko paiskaa arvioiden mukaan yhden tähden vuosisadassa ulos galaksista. Jos ulosheittäjänä on supermassiivinen musta tupla-aukko, lukumäärä voi kasvaa sataan tähteen vuodessa.

Samalla kaksoistähden osapuolet lähestyvät toisiaan, mikä nopeuttaa tietä tuhoon. Vanhan kaksoisjärjestelmän tähdet ovat hyvin todennäköisesti valkoisia kääpiötä, ja kun vetovoima ennen pitkää hajottaa niistä toisen, sen aine päätyy jäljellejääneeseen kääpiöön. Sen massa kasvaa niin suureksi, että seurauksena on supernovaräjähdys.

Normaalisti tällaisten kaksoiskääpiötähtien tuhoutuminen kestää kauemmin kuin maailmankaikkeus on ollut olemassa, mutta galaktisilla karkulaisilla siihen menee aikaa vain noin 50 miljoonaa vuotta. Arvoitus on siis ratkennut, mutta joitakin kysymyksiä on yhä selvittämättä. 

Galaksien ulkolaidoilla tapahtuvissa supernovaräjähdyksissä syntyy noin viisi kertaa enemmän kalsiumia kuin normisupernovissa. Yleensä räjähdyksen energia on niin suuri, että se riittää muodostamaan paljon raskaampia alkuaineita kuten rautaa ja nikkeliä, jolloin kalsiumin määrä jää vähäisemmäksi.

Jostain syystä nyt tutkitut supernovaräjähdykset ovat normaalia heikompia ja himmeämpiä, joten niissä vapautuu vähemmän energiaa. Myöskin avaruuteen leviävän aineen määrä on vähäisempi. 

Oudoista supernovista kerrottiin Hubble-avaruusteleskoopin uutissivuilla ja niitä koskeva tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/ESA/P. Jeffries & A. Feild (STScI)

 

 

Magneettikenttä antaa energian maailmankaikkeuden voimakkaimmille räjähdyksille

Ke, 07/08/2015 - 18:32 Markus Hotakainen

Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden voimakkaimpia räjähdyksiä sitten alkuräjähdyksen. Yleensä GRB (Gamma-ray Burst) kestää vain joitakin sekunteja, mutta joskus jopa tunteja. Tällaisia pitkäkestoisia gammapurkauksia on toistaiseksi havaittu vasta neljä. Yksi ongelma purkausten havaitsemisessa on, että gammasäteily kilpistyy Maan ilmakehään, joten havaintolaitteet on lähetettävä avaruuteen.

Joulukuussa 2011 gammapurkausten tutkimiseen suunniteltu Swift-satelliitti havaitsi yhden kaikkien aikojen kirkkaimmista ja samalla pitkäkestoisimmista purkauksista, joka sai tunnuksekseen GRB 111209A. Purkauksen hiljalleen hiipunutta näkyvän valon ja infrapuna-alueen jälkihehkua tarkkailtiin Euroopan eteläisen observatorion ESOn kaukoputkilla sekä La Sillan että Paranalin observatorioissa.

2,2-metrisellä MPG/ESO-kaukoputkella sekä neljästä kahdeksanmetrisestä kaukoputkesta koostuvalla VLT-teleskoopilla tehdyistä havainnoista löydettiin viitteitä supernovasta, elämänsä lopulla räjähtäneesta tähdestä. Se sai puolestaan tunnuksekseen SN 2011kl. 

Supernovien ja lyhyempien gammapurkausten kytkös todettiin jo 2000-luvun alussa, mutta nyt onnistuttiin ensimmäisen kerran havaitsemaan supernovan ja hyvin pitkäkestoisen gammapurkauksen välillä selvä yhteys.

"Pitkäkestoinen gammapurkaus liittyy vain yhteen kymmenestä- tai sadastatuhannesta supernovasta, joten räjähtävän tähden täytyy olla jollain tavalla erikoinen. Tähtitieteilijät ovat olettaneet, että tällaiset purkaukset syntyvät hyvin suurista, jopa 50 kertaa Aurinkoa massiivisemmista tähdistä, ja ne kertovat mustan aukon synnystä. Tekemämme havainnot supernovasta SN 2011kl, joka löytyi gammapurkauksen GRB 111209A jälkeen, muuttavat käsityksiä pitkäkestoisista purkauksista", toteaa tutkimusryhmää johtanut Jochen Greiner Max-Planck-instituutista.

Aiemman teorian mukaan massiivisen tähden luhistuttua viikon verran kestävä näkyvän valon ja infrapuna-alueen säteily syntyy radioaktiivisen nikkeli-56-isotoopin hajoamisessa. Nikkeli puolestaan on syntynyt supernovan huippukuumassa pätsissä. GRB 111209A -purkauksesta tehdyt havainnot osoittavat, että ainakaan tässä tapauksessa selitys ei päde.

Ainoa havaintoihin sopiva vaihtoehto purkauksen energianlähteeksi on magnetar, vinhasti pyörivä neutronitähti, jonka magneettikenttä on vielä paljon voimakkaampi kuin neutronitähdillä yleensä. Siinä missä tyypillisen neutronitähden magneettikentän voimakkuus on noin 100 miljoonaa teslaa, magnetarilla se voi olla jopa 100 miljardia teslaa eli tuhatkertainen. 

Vaikka magnetarit ovat "tavallisten" neutronitähtien tapaan vain parinkymmenen kilometrin läpimittaisia ja niissä on massaa suunnilleen Auringon verran, niiden arvellaan olevan maailmankaikkeuden magneettisimpia kappaleita. Neutronitähtien tiedetään olevan supernovina räjähtäneiden tähtien jäänteitä, mutta nyt saatiin ensimmäistä kertaa suora havainto supernovan ja magnetarin välisestä yhteydestä. 

"Uudet tulokset ovat todisteena odottamattomasta kytköksestä gammapurkausten, hyvin kirkkaiden supernovien ja magnetarien välillä. Niiden yhteyttä on ounasteltu teoreettisin perustein jo joidenkin vuosien ajan, mutta kaiken linkittyminen yhteen on jännittävää", lisää tutkimusryhmään kuulunut Paolo Mazzali.

Tutkimuksesta kerrottiin Euroopan eteläisen observatorion uutissivuilla ja se ilmestyy Nature-tiedelehdessä 9. heinäkuuta.

Kuva: ESO