Herschel

Suuri osa galakseista on muuttanut muotoaan

Ma, 08/31/2015 - 13:09 Markus Hotakainen

Galakseja on joka lähtöön: isoja ja pieniä, ellipsin muotoisia ja linssimäisiä, kierrehaaraisia ja epäsäännöllisiä.

Kosmisissa törmäyksissä galaksien rakenne voi muuttua rajusti, ja tähtijärjestelmä voi hajota kokonaan joutuessaan suuremman galaksin ahmaisemaksi.

Galaktinen kolarointi ja kannibalismi eivät kuitenkaan ole välttämättä ainoita syitä galaksien muodonmuutoksiin. Ne voivat muuntautua uuteen uskoon ihan itsekseenkin. 

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut ensi kertaa, että huomattava osa galakseista on muuttanut ulkomuotoaan sen jälkeen, kun ne syntyivät vuosimiljardeja sitten.  

Tähtitieteilijät tekivät Hubble- ja Herschel-avaruusteleskoopeilla havaintoja noin 10 000 galaksista. Ensin he lajittelivat suhteellisen läheiset galaksit kahteen ryhmään: litteisiin, kiekkomaisiin galakseihin ja suuriin, pallomaisiin galakseihin. Sitten he tekivät saman jaottelun kaukaisemmille galakseille, jotka näemme sellaisina kuin ne olivat maailmankaikkeuden nuoruudessa. 

Tilastollisesti tarkasteltuna 83 prosenttia kaikista tähdistä kuului nuoressa maailmankaikkeudessa kiekkomaisiin galakseihin. Sittemmin osuus on laskenut 49 prosenttiin. "Nykyisin" eli lähimaailmankaikkeudessa yli puolet tähdistä on pallomaisissa galakseissa.

Suuri osa maailmankaikkeuden galakseista on siis muuttunut tyystin toisenlaiseksi kuin ne olivat syntynsä jäljiltä. 

Suosittu teoria on, että muutokset ovat seurausta kosmisista kolareista. Kun kaksi kiekkomaista galaksia joutuu niin lähelle toisiaan, että ne sulautuvat yhteen, lopputuloksena on kumpaakin törmäilijää paljon suurempi pallomainen galaksi. 

Toisen teorian mukaan muodonmuutokset ovat tapahtuneet rauhallisemmin. Kiekkomaisen galaksin laitamilla syntyneet tähdet olisivat hitaasti vaeltaneet keskemmälle ja kasvattaneet spiraaligalaksille tyypillisen keskuspullistuman suureksi, pallomaiseksi galaksiksi. 

"Galaksit ovat universumin perusrakennuspalikoita, joten niiden muodonmuutos edustaa yhtä merkittävimmistä muutoksista maailmankaikkeuden olemuksessa ja ominaisuuksissa viimeksi kuluneiden kahdeksan miljardin vuoden aikana", arvioi tutkimusryhmää johtanut Steve Eales.

Tutkimuksesta kerrottiin Cardiffin yliopiston uutissivulla ja se on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA

Herschel ratkaisi meteoriittien arvoituksen

La, 07/12/2014 - 10:04 Markus Hotakainen

Maahan syöksyvissä meteoriiteissa on todettu olevan monien muiden alkuaineiden ja yhdisteiden ohella berylliumin isotooppia, jota niissä ei pitäisi olla. Tai ei sitä enää olekaan, sillä beryllium-10 hajoaa nopeasti muiksi alkuaineiksi.

Näistä hajoamistuotteista on kuitenkin voitu päätellä, että meteoriittien kiviaineksen tiivistyessä kauan sitten berylliumia on ollut tarjolla. Ongelmana on se, että isotooppia ei synny tähtien sisuksissa myllertävissä fuusioreaktioissa eikä myöskään supernovien tulipätseissä.

Beryllium-10 vaatii syntyäkseen hyvin energisten hiukkasten törmäyksiä esimerkiksi happiatomien kanssa. Voisiko sen muinainen esiintyminen kertoa jotakin Auringon nuoruudesta? Infrapuna-alueella toimineen Herschel-avaruusteleskoopin projektitutkijan Göran Pilbrattin mukaan voi: "Tekemällä Herschelillä havaintoja tähtien syntyalueista olemme saaneet tietoa paitsi kaukaisista kohteista myös viitteitä oman Aurinkokuntamme menneisyydestä."

Auringonkaltaisten tähtien varhaisissa kehitysvaiheissa niistä puhaltava tähtituuli on hyvin voimakas ja voi selittää myös berylliumin esiintymisen. Todisteet ovat epäsuoria, mutta varsin vankkoja. Orionin tähdistön suunnassa sijaitsevalla tähtien syntyalueella OMC2 FIR4 on havaittu hiilen, hapen ja typen runsauksissa outo epäsuhta: siellä on liikaa typpeä.

Tähtienvälisten pilvien yleisin alkuaine on vety, joka ionisoituu helposti kosmisen säteilyn pommituksessa. Vetyionit eli protonit voivat muodostaa muiden atomien kanssa raskaampia alkuaineita, kuten happea, hiiltä ja typpeä. Niiden määrät ovat vähäisiä, mutta silti havaittavia.

Yleensä typpi hajoaa nopeasti, jolloin hiilen ja hapen määrä kasvaa siihen verrattuna. Havaittu typen ylimäärä voisi selittyä sillä, että osa hapesta ja hiilestä "jäätyy" pilven pölyhiukkasten pinnalle, jolloin niitä ei voi havaita. Tässä tapauksessa pilven lämpötila on kuitenkin niin korkea, ainoastaan 200 astetta pakkasen puolella, että jäätymistä ei voi tapahtua.

Tutkimusta johtaneen Cecilia Ceccarellin mukaan selitys on tyystin toinen: "Todennäköisin syy on hyvin energisistä hiukkasista koostuva tähtituuli, joka puhaltaa pilven sisällä syntyvistä tähdistä. Voimakas tähtituuli hajottaa typen lisäksi myös hiiltä ja happea, jolloin niiden runsaudet pysyvät lähempänä toisiaan."

Tutkijoiden mukaan samanlainen voimakas tähtituuli voisi selittää myös beryllium-10-isotoopin esiintymisen Aurinkokunnassa sen syntyvaiheissa. Auringollakin on siis ollut hurja nuoruus.

 

Kääpiöplaneetta Cerekseltä löydetty vettä

To, 01/23/2014 - 04:51 Jarmo Korteniemi
Kuva: Riley Kaminer

Kääpiöplaneetta Cereksen pinnalta on löydetty vettä. Suurimmaksi osaksi se on jäätyneenä pinnalle. Tietyillä alueilla se kuitenkin sulaa ja höyrystyy (tai sublimoituu) avaruuteen suihkuten.

Suihkut syntyvät Auringon lämmön vaikutuksesta. Ceres toimii siis hieman kuin jättimäinen komeetta.

Mullistava löytö julkaistiin tänään torstaina tiedelehti Naturessa. Itse havainto tehtiin Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskoopilla jokin aika sitten. Laite lakkasi toimimasta keväällä 2013.

Aiemmin veden olemassaoloa Cereksellä on osattu epäillä. Nyt tehty löydös varmistaa asian.

Ceres on asteroidivyöhykkeen suurin kappale. Sen halkaisija on noin 950 km. Se luokitellaan nykyisin kääpiöplaneetaksi.

Höyrysuihkuja pinnalta

Kenties jännittävintä löydössä on, että vettä löytyy kaasuna Cereksen ympäriltä. Vesihöyry tarkoittaa kenties kaasukehää. Tai ainakin jotain sinne päin.

Tutkijat olettavat, että Cereksen pinnalla tapahtuu ajoittaisista vesihöyryn purkauksia. Sellaisia voi syntyä, jos jäinen pinta lämpiää epätasaisesti. Vesihöyryä ei nimittäin nähty joka kerralla kun Herschel suunnattiin kohti Cerestä. Kääpiöplaneetan oma pyöriminen tuntui peittävän vesihöyryalueet.

Purkausten alkuläheiksi tunnistettiin kaksi oudon tummaa pyöreähköä aluetta Cereksen pinnalla. Toisaalta purkaukset alueilla loppuivat, kun Ceres siirtyi kauemmas Auringosta.

Tarkimpia Maasta otettuja kuvia Ceresin pinnasta. Nuolet osoittavat kahta tummaa aluetta, joilla vesipurkaukset tapahtuivat.

Ceres näyttää siis toimivan hieman kuin jättiläismäinen komeetta. Löytö voikin hyvin hämärtää rajaa asteroidien ja komeettojen välillä. Tutkijat ovat viime aikoina löytäneet asteroidivyöhykkeeltä ja muualta aurinkokunnasta useita kappaleita, jotka vaikuttavat pyöreähköille radoille kiertämään jääneiltä komeettaytimiltä.

NASAn luotain Dawn on parhaillaan matkalla kohti Ceresiä. Se saapuu perille keväällä 2015. Se tulee varmasti kartoittamaan tunnistetut oudot alueet ja Ceresin aktiivisuuden tarkasti. Dawn tulee kiertämään kääpiöplaneettaa ehkä vuoden ajan.

Veden löytyminen sinänsä ei ole mitenkään outoa. Teoreettisten mallien perusteella Ceresillä on uumoiltu olean paksu jääkuori, joka peittää kivistä ydintä. Sulatettuna jääkuoren vesimäärä voisi olla jopa 200 miljoonaa kuutiokilometriä. Se tarkoittaa nelinkertaisesti kaikkea Maan makeaa vettä - mukaanlukien kaikki jäätiköt, järvet, joet, pohjavedet ja ilmakehän vesihöyry.

Vettä on löydetty lähes kaikilta tarpeeksi tarkkaan tutkituilta aurinkokunnan kiinteäkuorisilta kappaleilta. Pääosin kiinteässä muodossa, jäänä. Erityisen yleistä se on kappaleilla, jotka sijaitsevat kauempana auringosta kuin Maa. Ceres on yksi näistä.

Ceres on nyt viides aurinkokunnan suurempi kappale, jonka pinnalta on suoraan havaittu veteen liittyviä merkittäviä geologisia prosesseja. Muut ovat Maa, Mars, Jupiterin kuu Europa ja Saturnuksen kuu Enceladus. Myös lukemattomilla komeetoilla tapahtuu vesiprosesseja.

Ceres on viidestä virallisesti kääpiöplaneetta-statuksen saaneesta Aurinkokunnan kappaleesta lähinnä Aurinkoa. Ceresin rata on hieman elliptinen. Sen etäisyys Auringosta vaihtelee lähes 63 miljoonalla kilometrillä. Keskietäisyys on 414 miljoonaa kilometriä, eli 2,8 kertaa suurempi kuin Maan.

Ceresin oletettu rakenne. Kuva: NASA / ESA / A. Feild (STScI)

Päivän kuva 17.6.2013: Kiitos ja hyvästi, Herschel!

Ma, 06/17/2013 - 17:48 Jari Mäkinen

Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskooppi joutui lopettamaan havaintonsa 29. huhtikuuta, kun sen mittalaitteita jäähdyttänyt nestemäinen helium loppui. Loppu ei ollut yllätys, vaan jo lennon alussa oli selvää, että helium hiipuu aikanaan ja sen jälkeen havaintojen tekeminen ei onnistu.

Sen jäljeen tätä maailman suurinta avaruusteleskooppia on valmisteltu sammuttamiseen, ja tämä tapahtui tänään. Herschel-lennon päällikkö Martin Kessler lähetti viimeisen, teleskoopin lopullisesti sammuttaneen viestin klo 15:25 Suomen aikaa.

Herschel on menestyksekkäin infrapunavalon alueella taivasta kuvannut ja mitannut havaintolaite, jonka keräämiä tietoja tullaan käsittelemään vielä vuosien ajan ja niistä on hyötyä kauas tulevaisuuteen.

Katso lyhyt video viimeisen käskyn lähettämisestä.

Kuvassa Herschelin piirroksen taustalla on teleskoopilla otettu kuva Purjeen tähdistössä olevasta suuresta molekyylipilvestä Vela-C.

Kuva: ESA

Herschelin loppu on lähellä

Ti, 03/05/2013 - 13:44 Toimitus

Herschel-avaruusteleskooppi on tutkinut ja kuvannut maailmankaikkeuden salaisuuksia suurella, Suomessa hiotulla peilillään vuodesta 2009 alkaen. Parin viikon päästä sen menestyksekäs ura kuitenkin loppuu.

Loppu ei ole mikään yllätys; Herschelin herkät kamerat ja havaintolaitteet pidetään erittäin kylminä nestemäisen heliumin avulla, ja tämä jäähdytysneste loppuu pian. Heliumin kulutus on tunnettu hyvin ja vuosien kuluessa tämä hetki, milloin säiliö on lopulta tyhjä, on osattu laskea varsin tarkasti. Kun kaikki helium lopulta käytetty, päättyvät havainnot lähes veitsellä leikaten.

Koska aivan täsmällistä aikaa lopulle ei voi sanoa, ei viimeisten viikkojen havaintoaikaa ole jaettu tutkijoille normaaliin tapaan, vaan sen aikana pyritään nyt tekemään kaikkein tärkeimpiä havaintoja. Niinpä Herschelin lennonjohdolla ja havaintoaikataulun suunnittelijoilla on pieni kiire päällä.

Herchelissä oli alun perin kaksi tonnia heliumia, mutta nyt sitä on enää pari mukillista. Se riittää parhaimmillaankin vain maaliskuun puoliväliin saakka.

Heliumin tärkeys johtuu siitä, että vaikka Herschel toimii kylmässä avaruudessa, halutaan mittalaitteet jäähdyttää vieläkin kylmemmiksi. Mitä kylmemmässä ne toimivat, sitä vähemmän kuvissa ja havainnoissa on kohinaa. Herschel tutkii avaruutta infrapunasäteilyn alueella, se siis näkee lämpösäteilyä, joten sen sydän on jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä (-273,15°C:n lämpötilaan), jotta se itse ei haittaisi havaintoja.

Helium on elämänneste

Lyhytikäisyys on ollut avaruudessa olevien infrapunateleskooppien kohtalona myös aikaisemmin. Esimerkiksi Herschelin edeltäjä, samoin Euroopan avaruusjärjestön tekemä ISO (Infrared Space Observatory), toimi vain 28 kuukautta 22 päivää, ennen kuin sen jäähdytyshelium loppui. Siinä missä ISO mullisti 1990-luvun lopussa infrapunatähtitieteen, on Herschel jo nyt tehnyt työtä niin tiiviisti ja hyvin, että sen ottamat tuhannet kuvat ovet vertaansa vailla ja sen keräämiä tietoja tullaan käyttämään vuosikymmenien ajan.

Infrapunavalon alueella tehtävät havainnot ovat kiinnostavimpia suuria kylmiä kaasusumuja tutkittaessa. Ne kertovat ennen kaikkea galaksien kehittymisestä ja tähtien synnystä, mutta Herschelin mittauksista ollaan löydetty myös uusia, kiinnostavia molekyylejä tähtienvälisistä kaasu- ja pölypilvistä. Näissä on mukana myös orgaanisia aineita.

Herschel laukaistiin avaruuteen vuonna 2009 yhdessä Planck-teleskoopin kanssa ja ne sijoitettiin Lagrangen pisteeseen 1,5 miljoonan kilometrin päähän maapallosta. Sieltä ne pystyvät havaitsemaan avaruutta paljon paremmin kuin Maata kiertävältä radalta. Ilmakehä ei päästä lämpösäteilyä (meidän onneksemme) kovin hyvin lävitseen, joten avaruus on paras paikka tehdä havaintoja infrapuna-alueella.

Suomalaisittain kiinnostavaa Herschelissä on sen 3,5 metriä halkaisijaltaan oleva peili, koska se hiottiin huipputarkkaan muotoonsa Tuorlan observatorioalueella sijaitsevassa Opteon-yhtiössä. Herschelin peili on halkaisijaltaan olennaisesti suurempi kuin puolitoistametrinen Hubblen avaruusteleskooppi.

Orgaanista astrokemiaa

Eräs innokkaimmista Herschelin käyttäjistä on ollut Leiden yliopiston tähtitieteen laitoksen professori Ewine van Dishoeck, jonka erikoisalana ovat kaasu- ja pölypilvet sekä niissä olevat orgaaniset molekyylit.

"Jos haluamme löytää näitä molekyylejä avaruudesta, pitää katsoa kaikkein tummimpiin ja kylmimpiin kaasusumuihin tähtienvälisessä avaruudessa", kertoo van Dishoeck. "Tila tähtien välissä ei suinkaan ole tyhjää, vaan siellä on hyvin ohutta kaasua. Siellä on keskimäärin yksi atomi kuutiosenttimetrissä. Näin harva kaasu ei pysty muodostamaan yhdisteitä ilman apua, kuten esimerkiksi pieniä piihitusia, siis pölyhiukkasia. Näitäkin on tähtienvälisissä pimeissä kaasupilvissä."

"Pilvet ovat tosin pimeitä vain kun katsomme niitä silmin", jatkaa van Doshoeck. "Sen sijaan nykyaikaisilla kaukoputkilla, kuten juuri Herschel-avaruusteleskoopilla, niitä tutkittaessa tulevat molekyylit ja pöly näkyviin komeasti hohtavina alueina."

Vieressä on Herschelin ottama kuva Orionin suuresta kaasupilvestä, missä on syntyviä tähtiä sekä monenlaisia kemiallisia yhdisteitä.

Kemistit olivat ennustaneet, että noissa hyvin matalissa lämpötiloissa – lähes nolla kelviniä – ja erittäin harvassa kaasussa ei voisi tapahtua minkäänlaisia kemiallisia reaktioita, mutta pitkälti Herschelin tekemien havaintojen ansiosta tilanne näyttää olevan täysin päinvastoin. "Olemme nyt havainneet yli 150 erilaista molekyyliä, joista osa on hyvin yksikertaisia, kuten hiilimonoksidi tai vesi. Osa on hyvin monimutkaisia, kuten dimetyylieetteri tai syanidi, ja jopa suuria polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä on löydetty näistä pilvistä."

Molekyylien tutkimista varten Leidenin tutkijat ovat rakentaneet tähtienvalisen kaasun simulaattoreita, joiden avulla voidaan testata millaisia molekyyliseoksia havaintojen perusteella voidaan saada aikaan. Kuten maanpäällisessäkin kokkauksessa, on taivaallisten kaasupilvimolekyylien olennainen osa vesi - myös sitä ja sen syntymäprosessia kaasupilvissä tutkitaan Leidenissä, niin havainnoin kuin kokein.

"Näyttää siltä, että vettä syntyy pilvissä olevien pienten pölyhiukkasten pinnalla hyvin aikaisessa vaiheessa, eli jopa ennen kuin kaasupilvi tiivistyy tähdeksi", selittää Ewine van Dishoeck edelleen. "Se vesi, mitä on esimerkiksi omissa soluissamme, syntyi siis tuossa vaiheessa, noin puoli miljadia vuotta ennen Auringon syntymistä."

Kun Herschel sulkee silmänsä, ei tutkijoilla ole sille seuraajaa tiedossa pitkään aikaan. Seuraava suuri avaruusteleskooppi, James Webb Space Telescope, ei ole täysiverinen infrapunateleskooppi, vaikkakin se pystyy myös tekemään kaasusumujen tutkimisen kannalta kiinnostavia havaintoja. Muutamat maanpäälliset, korkeiden vuorien huipuilla olevat teleskoopit voivat tehdä edelleen hyvin infrapunahavaintoja, ja myös radioteleskoopit voivat täyttää Herschelin jättämää aukkoa.

Ainoa suunnitteilla oleva suuri avaruuteen lähetettävä infrapunateleskooppi on Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics, eli SPICA, mutta se on toistaiseksi vain suunnitelma – eikä se todennäköisesti toteudu lähimmän 20 vuoden aikana.

Artikkeli Herschelin heliumin loppumisesta ESAn nettisivuilla (englanniksi): Herschel to finish observing soon.