Webb

Maailmankaikkeuden etäisyysennätys meni jälleen uusiksi

Pe, 03/04/2016 - 12:02 Markus Hotakainen
Galaksi GN-z11

Vajaa vuosi sitten onnistuttiin tekemään havaintoja galaksista, joka sijaitsee 13,1 miljardin valovuoden etäisyydellä. Nyt tuo ennätys on historiaa.

Kaukaisin tunnettu galaksi on peräti 13,4 miljardin valovuoden etäisyydellä. Maailmankaikkeudella oli tuolloin ikää alle 400 miljoonaa vuotta.

Hubble-avaruusteleskoopilla kuvattu galaksi GN-z11 on Ison karhun tähdistön suunnassa. Galaksi on tutkijoiden mukaan "yllättävän kirkas".

"Olemme ottaneet merkittävän askeleen ajassa taaksepäin, kauemmas kuin oletimme olevan mahdollista Hubblen avulla. Näemme galaksin ajanhetkenä, jolloin maailmankaikkeuden ikä oli ainoastaan kolme prosenttia nykyisestä eli hyvin lähellä niin sanotun Pimeän ajan päättymistä", toteaa tutkimusta johtanut Pascal Oesch Yalen yliopistosta.

Aiemmin GN-z11:n etäisyys oli arvioitu sen värin perusteella. Nyt onnistuttiin kuitenkin määrittämään kohteen spektrin avulla sen tarkka etäisyys. Laajenevassa maailmankaikkeudessa spektriviivojen siirtymän määrä kohti punaista kertoo, kuinka kaukana kohde on. 

"Suureksi yllätykseksemme Hubble antoi punasiirtymäksi 11,1, joka on paljon suurempi kuin edellinen ennätys 8,7. Suoritus on melkoinen, sillä avaruusteleskooppi onnistui päihittämään paljon suuremmat maanpäälliset kaukoputket, jotka pitivät aiempia ennätyksiä hallussaan", sanoo Pieter van Dokkum niin ikään Yalen yliopistosta.

Hänen mukaansa uusi etäisyysennätys pitänee pintansa siihen saakka, että James Webb -avaruusteleskooppi saadaan käyttöön vuonna 2018.

GN-z11 on havaintojen mukaan kooltaan ainoastaan 1/25 Linnunradasta ja sen tähtien massa on vain prosentin luokkaa kotigalaksimme tähtien massasta. Vastikään muodostunut galaksi kasvattaa kokoaan kuitenkin nopeasti, sillä siinä syntyy uusia tähtiä noin 20 kertaa nopeammin kuin Linnunradassa nykyisin. Siksi GN-z11 on niin kirkas, että siitä pystyttiin tekemään havaintoja Hubblella.

"On hämmästyttävää, että niin massiivinen galaksi saattoi olla olemassa vain 200–300 miljoonaa vuotta sen jälkeen kun ihkaensimmäiset tähdet alkoivat muodostua", aprikoi Garth Illingworth Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista.

"Vaatii todella vauhdikasta kasvua ja tähtien syntyä huimaan tahtiin, jotta miljardin Auringon massainen galaksi on voinut muotoutua niin pian."

Tutkimuksesta kerrottiin Yalen yliopiston uutissivulla ja se julkaistaan Astrophysical Journal -tiedelehdessä. 

Kuva: NASA/ESA/P. Oesch (Yale University)

 

Webb-avaruusteleskoopin mosaiikkipeili on nyt valmis

To, 02/04/2016 - 19:34 Markus Hotakainen
Webbin pääpeili

Parin vuoden kuluttua avaruuteen laukaistava James Webb -avaruusteleskooppi on ison askeleen lähempänä maalia: sen 6,5 metrin läpimittainen pääpeili on valmis.

Toisin kuin Hubble-avaruusteleskoopissa, Webbin peili ei ole yhtä kappaletta, vaan rakentuu 18 kuusikulmaisesta palasesta. Kukin niistä on 1,3 metrin läpimittainen ja painaa noin 40 kiloa.

"Pääpeilin valmistuminen on todella merkittävä virstanpylväs. Siihen kiteytyy yli vuosikymmenen kestänyt suunnittelu, valmistus, testaaminen ja nyt lopullinen kokoaminen", toteaa Lee Feinberg Goddardin avaruuslentokeskuksesta.

Kaikkinensa teleskoopilla on kokoa suunnilleen saman verran kuin tenniskentällä, joten peilin valmistumisen jälkeenkin on vielä paljon tehtävää  ennen kuin se voidaan lähettää avaruuteen. 

 

 

"Nyt kun peili on valmis, odotamme innolla muun optiikan asentamista ja kaikkien komponenttien testausta, joka varmistaa teleskoopin selviävän rakettilaukaisusta", sanoo Bill Ochs, teleskooppiprojektin vetäjä. "Vuosi 2016 alkoi upeasti!"

"Optiikan jälkeen asennetaan paikalleen teleskoopin sydän eli Integrated Science Instrument Module. Akustisten, tärinä- ja muiden Goddardissa tehtävien testien jälkeen teleskooppi siirretään Johnsonin avaruuskeskukseen, missä tehdään perusteelliset optiset testit kylmätilassa, jotta kaikki todella toimii kuten pitää", listaa Gary Matthews optiikan kokoamisesta vastanneesta Harris Corporation -yhtiöstä.

James Webb -avaruusteleskooppi on määrä laukaista Euroopan avaruusjärjestön Ariane 5 -raketilla Ranskan Guayanasta vuonna 2018.

Pääpeilin valmistumisesta kerrottiin NASAn uutissivuilla

Kuvat: NASA/Chris Gunn

Emme ehkä ole yksin, mutta kaverit ovat kaukana

Ma, 07/06/2015 - 12:38 Markus Hotakainen

Kuten Linnunradan käsikirja liftareille toteaa, avaruus on iso, tosi iso. Ja ilmeisesti myös tyhjempi kuin tähän asti on luultu. Galakseja saattaa olla vain sadasosa aiemmin arvioidusta.

Hubble-avaruusteleskoopin "syvien" eli hyvin kaukaiseen maailmankaikkeuteen yltävien otosten perusteella on laskeskeltu kaukaisten galaksien lukumääriä, mutta tulokset saattavat olla pahasti pielessä. 

"Tutkimuksemme viittaa siihen, että himmeitä galakseja on selvästi vähemmän kuin olemme uskoneet", toteaa Brian O’Shea, Michiganin valtionyliopiston fysiikan ja tähtitieteen professori.

"Aikaisempien arvioiden mukaan himmeiden galaksien lukumäärä varhaisessa maailmankaikkeudessa olisi ollut satoja tai tuhansia kertoja suurempi kuin Hubble-avaruusteleskoopilla havaittujen kirkkaiden galaksien määrä. Nyt näyttää siltä, että kerroin on vain luokkaa kymmenen."

O’Shean johtama tutkijaryhmä mallinsi galaksien syntyä nuoressa maailmankaikkeudessa Blue Waters -supertietokoneella. Simulaatiossa oli mukana tuhansia galakseja sekä niiden väliset gravitaatio- ja säteilyvuorovaikutukset.

Mallinnus tuotti kirkkaita galakseja jokseenkin havaitun määrän, mutta himmeämpien ja siksi havaitsemattomien tähtijärjestelmien kohdalla tulokset poikkesivat selkeästi aikaisemmista laskelmista. Niiden määrä ei kasvanutkaan eksponentiaalisesti kirkkauden pienentyessä vaan pysyi suunnilleen vakiona. 

Simulaatioita päästään vertaamaan havaintoihin muutaman vuoden kuluttua, kun Webb-avaruusteleskooppi saadaan avaruuteen vuonna 2018. Sillä voidaan tutkia paljon himmeämpiä kohteita kuin Hubblella.

Webbin näkökenttä on kuitenkin suhteellisen pieni, joten havaintoja tulkittaessa on otettava huomioon, että tilastollisesti galaksien määrä vaihtelee maailmankaikkeuden kolkasta toiseen. Se tekee O’Shean ryhmän tekemistä ja muista vastaavista mallinnuksista yhä tärkeämpiä.

"Tarvitsemme entistä syvällisempää teoreettista ymmärrystä, jotta voimme tulkita oikein näkemämme", O’Shea arvioi.

Uudesta tutkimuksesta kerrottiin Michiganin valtionyliopiston uutissivuilla ja se julkaistiin Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/CXC/STSci/DSS/Magellan

Aurinkosuoja tähtikaukoputkelle?

Syksyllä 2018 – ainakin suunnitelmien mukaan – avaruuteen laukaistavan James Webb -teleskoopin aurinkosuoja on jälleen askeleen lähempänä valmistumistaan: ensimmäinen viidestä kerroksesta on saatu kuosiinsa.

Äkkiseltään voi kuulostaa hassulta, että tähtiä tarkkaileva kaukoputki tarvitsee suojaa Auringolta. Tähtiähän tutkitaan öisin. Ei Hubble-avaruusteleskoopissakaan ole mitään erillistä aurinkosuojaa, ellei sellaiseksi lasketa koko putken sulkevaa läppää. Varsinaisesti teleskoopin laitteita suojelee Auringon paahteelta ja vaihtelevilta lämpötiloilta monikerroksinen, kiiltäväpintainen eristemateriaali, johon koko aparaatti on kiedottu kuin jättimäinen joulukuusenkoriste.

Webb on kuitenkin monella tapaa eri juttu kuin Hubble. Siinä missä Hubble-avaruusteleskooppi kiertää Maata noin 550 kilometrin korkeudessa, ja viettää joka kierroksella puolet ajasta Maan langettamassa varjossa ja siten pimeydessä, Webb-avaruusteleskooppi on noin 1,5 miljoonan kilometrin etäisyydellä Maasta Lagrangen pisteessä, missä on käytännössä loputon päivä. Auringon ankara paahde korventaa teleskooppia ja sen laitteita kaiken aikaa.

Periaatteessa Lagrangen L2-piste on Maan varjossa, mutta umbra (eli täysvarjo) ei ulotu niin kauas, joten sieltä katsottuna Maa peittää ainoastaan osan Auringosta. Kaiken lisäksi L2-pisteeseen sijoitettu avaruuslaite ei todellisuudessa pysyttele Maan ja Auringon suhteen paikallaan vaan kiertää tuota matemaattista pistettä niin sanottua halorataa pitkin. Eli käytännössä se on jatkuvassa auringonpaisteessa.

Toisin kuin Hubble, Webb on lisäksi rakenteeltaan avoin. Se ei siis ole perinteisessä mielessä kaukoPUTKI, jos kohta maanpäällisetkin suuret peiliteleskoopit ovat rakenteeltaan luurankomaisia. Ne ovat kuitenkin tähtitornien ympäröimiä ja paikoissa, missä öisin ei ole pelkoa muusta valosta kuin tähtien tuikkeesta. Lagrangen L2-pisteessä teleskooppiin tulvisi hajavaloa, joka pilaisi kaikki havainnot.

Ehkä tärkein peruste auringonsuojan tarpeelle on Webb-avaruusteleskoopin tutkima aallonpituusalue. Hubble on optimoitu näkyvän valon ja ultraviolettisäteilyn aallonpituuksille – siksi pääpeilin surullisenkuuluisaa hiontavirhettä oikovassa optiikassakin on korjauspeilejä eikä -linssejä, sillä uv-säteily imeytyisi linssien lasiin.

Webbin avulla on tarkoitus tarkkailla maailmankaikkeutta ja sen moninaisia kohteita infrapuna- eli lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Avainsana tässä on "lämpö". Jotta havaintoja häiritsevät tekijät saataisiin minimoitua, teleskoopin optimilämpötila on 40 kelviniä eli noin -233 celsiusastetta. Osa sen mittalaitteista jäähdytetään peräti seitsemän kelvinin eli -266 celsiusasteen lämpötilaan.

Se olisi hyvin hankalaa, jos Aurinko pääsisi paahtamaan suoraan kaukoputken lämpöyliherkkiin osiin. Webb-teleskoopin Auringon puoleisella sivulla – eli aurinkosuojan pinnalla – lämpötila nimittäin kohoaa lähes veden kiehumispisteen lukemiin, noin 85 celsiusasteeseen eli 358 kelviniin. Jos instrumenttien jäähdytys hoidettaisiin kokonaan esimerkiksi nestemäisen heliumin avulla, sitä tarvittaisiin 5–10 vuoden mittaiseksi suunnitellun toiminnan aikana tonneittain. Kun se loppuisi, kaukoputki olisi käyttökelvoton.

Aurinkosuojaan kilpistyy valon lisäksi myös Auringon näkymätön vaikutus: sähköisesti varatuista hiukkasista koostuva aurinkotuuli. Viisikerroksinen, alumiinilla ja silikonilla päällystetystä Kapton-nimisestä polymeeristä tehty suoja toimii varjostimen lisäksi myös eristeenä. Suojamateriaalissa oleva johdotus toimii kuin ukkosenjohdatin ja estää elektroniikan vaurioitumisen Auringosta puhaltavan sähköisen tuulen tuiverruksessa.

Webb-avaruusteleskoopin tenniskentän kokoinen aurinkosuoja ei enää kuulostakaan yhtään hassulta eikä hassummalta kapistukselta.

(Teksti on julkaistu myös Ursan Avaruustuubissa.)