tähtienvälinen pöly

Tähtienvälisiä matkalaisia on lähempänäkin

Ti, 11/21/2017 - 14:22 Jarmo Korteniemi
Kuva: Hubble / ESA / NASA

Vastikään löydetty pitkä asteroidimainen 'Oumuamua on lyhyellä vierailulla Aurinkokunnassamme. Tutkijat arvioivat nyt, että lähettyviltämme saattaa koko ajan viuhua useita muitakin vastaavia kappaleita, vaikkei niitä olekaan vielä havaittu. Muutakin tähtienvälistä tavaraa läheltämme kyllä löytyy.

400-metrinen tähtienvälinen matkalainen 'Oumuamua on pikavisiitillä Aurinkokunnassa. Kappale löydettiin runsas kuukausi sen jälkeen, kun se oli ohittanut Auringon hyvin läheltä. Huimalla nopeudellaan se poistuu Aurinkokunnan sisäosista vuodessa ja Auringon vaikutuspiiristä muutamassa tuhannessa vuodessa.

Tutkijat arvelevat, ettei 'Oumuamua ole mikään outo ja ihmeellinen poikkeus, vaan se ensimmäinen havaittu kappale aiemmin tyystin huomaamattomasta ryhmästä.

Laskelmien mukaan vastaavan kokoinen järkäle saattaa hyvinkin kulkea Aurinkokunnan sisäosien läpi noin kerran vuodessa. Ne ovat tähän asti jääneet huomaamatta tummuutensa ja nopean ohituksensa vuoksi. Nykylaitteistojen tarkkuus ja kattavuus alkaa kuitenkin olla riittävän hyvä, että sellaisia tulee jäämään havaintohaaviin vielä (lähi)tulevaisuudessakin.

Hieman pienempiä, sadan tai parinsadan metrin levyisiä tähtienvälisiä kulkijoita taas saattaa viuhua ympärillämme aivan alituiseen.

Laskelmia tukevien havaintojen tilasto on tosin vielä varsin köykäinen. Siinä kun on vain yksi tietue, 1I/'Oumuamua.

Törmäysvaara

Tarkoittaako tähtienvälisten kappaleiden löytyminen sitä, että ne nostavat myös törmäyksen riskiä ihan täällä meilläkin? Täytyykö niistäkin olla huolissaan, kaikkien tuhansien "oman takapihan" tavallisten asteroidien ja komeettojen lisäksi?

Yksinkertainen vastaus on sekä kyllä että ei. Mikään ei estä yksittäisen tähtienvälisen kappaleen päätymistä törmäyskurssille. Mutta niiden populaatio on kuitenkin niin harva, ettei se nosta törmäyksen tilastollista todennäköisyyttä kuin hyvin niukasti.

Tapahtuneista törmäyksistäkin voi päätellä jotain. Maassahan törmäyskraatterit tuhoutuvat nopeasti, mutta muilla kiviplaneetoilla ja kuissa jäljet näkyvät hyvin. Mikä tärkeintä, nykyiset mallit selittävät nähdyt kraatterimäärät erittäin hyvin. Jos interstellaariset törmääjät todella olisivat merkittävä osa törmääjäpopulaatiota, niiden synnyttämät kraatterit aiheuttaisivat ongelman. Kraattereita olisi enemmän ja ne olisivat osaksi havaittua suurempia. Huomattavasti suuremman nopeutensa vuoksi tähtienväliset kappaleet nimittäin toisivat muassaan suuremman kineettisen energian ( E = ½·m·v2 ) ja aiheuttaisivat siksi monin verroin enemmän tuhoa paikallisiin asteroideihin verrattuna. Siksi malleihin olisi pitänyt tähän asti tehdä toistaiseksi selittämättömiä korjauksia – mutta sellaisia ei ole juuri tarvittu.

Avaruudesta pudonneita pienempiäkin kiviä (eli meteoriitteja) on tutkittu kymmeniä tuhansia, eikä niiden joukosta ole löytynyt ainuttakaan tähtienvälisen kulkijan palasta. Sellaisen voisi erottaa oman Aurinkokuntamme tuotoksista kemiallisesti. Toisen tähden kiertolainen omaisi erilaiset rakennusaineiden isotooppisuhteet, ja mineraalikoostumuskin saattaisi olla himpun verran toisenlainen, sillä saatavilla olevien aineiden kirjo olisi voinut olla erilainen.

(Sivuhuomautus: Joidenkin meteoriittien rakenteesta kyllä löytyy tähtienvälisiä hitusia ja jyväsiä. Niihin tallettunut aines on kuitenkin sitä samaa tähtienvälistä pölypilveä mistä itsekin olemme rakentuneet. Nuo osuvammin ns. "presolaariset jyväset" nimittäin syntyivät ennen Aurinkoa ja kertovat siksi ikinomasta historiastamme.)

Jotain ihan oikeasti tähtienvälistä materiaakin olemme kuitenkin jo onnistuneet keräämään. Stardust-luotain keräsi 2000-luvulla avaruuslennollaan pölyhiukkasia ja toi niitä analysoitavaksi Maahan. Osa niistä oli tullut jostain Aurinkokunnan ulkopuolelta.

Mutta ei kosmista tavaraa kannata kuitenkaan lähteä aina turhan kaukaa hakemaan. Toiset tutkimukset ovat nimittäin osoittaneet, että Maan ilmakehään tippuvista mikrometeoriiteista selvä osa on todella kotoisin hyvin kaukaa tähtienvälisestä avaruudesta. Ja tuota "eksottista tavaraa" voi hyvinkin löytää ihan mistä vain, vaikkapa omalta takapihalta.

Lähteet: Love ja kumpp. (Icarus 1994),Westphal ja kumpp. (Science 2014), Genge ja kumpp. (Geology 2017), Meech ja kumpp. (Nature 2017)

Otsikkokuva: Hubble / ESA / NASA

E.T. ei asusta ihan lähellä

Ti, 09/15/2015 - 20:54 Markus Hotakainen
Tyypin III sivilisaatio

Maailmankaikkeutta mahdollisesti asuttavien älyllisten olentojen viestejä on yritetty kuulostella turhaan jo yli 50 vuoden ajan. Kosmista yhteyttä ei ole saatu, ja siihen saattaa olla yksinkertainen syy: muita ei ole lähimaillakaan. Näyttää siltä, että olemme – ainakin paikallisesti – sittenkin yksin.

Tähtienvälisten viestien sijasta muiden olentojen olemassaolo voitaisiin päätellä niiden teknologian tuottamasta hukkaenergiasta. Jos sivilisaatio olisi Nikolai Kardashevin 1960-luvulla kehittämän luokituksen mukaan tyyppiä III, se kykenisi hyödyntämään koko kotigalaksinsa energiaa.

Tyypin I sivilisaatio olisi valjastanut planeettansa kaikki luonnonvarat ja energianlähteet, tyyppi II myös kotitähtensä. Jo nykyisillä teleskoopeillamme pystyisimme havaitsemaan vähintään tyypin III sivilisaatiot niiden hukkalämmön perusteella.

Niiden säteilemä ylimääräinen energia näkyisi keski-infrapuna-alueella – ja itse asiassa sopivan sorttista lämpösäteilyä on havaittukin. Jason Wrightin johtaman Penn State -yliopiston tutkijaryhmän kartoituksessa löytyi satoja galakseja, joiden säteilyssä on ylenmäärin infrapunasäteilyä.

Ongelmana on se, että säteily voi olla peräisin myös luonnollisista lähteistä eli pölypilvistä, joita esiintyy tähtien syntyalueiden lähistöllä. Michael Garrett on tehnyt Wrightin työryhmän listaamista galakseista radiohavaintoja, ja tullut siihen tulokseen, että infrapunaylimäärän selitys on mitä todennäköisimmin nimenomaan tähtienvälisessä, lämpimässä pölyssä. 

Jos havaintojen tulkinta pitää paikkansa, kehittyneet sivilisaatiot ovat hyvin harvinaisia tai puuttuvat tyystin meitä ympäröivästä lähimaailmankaikkeudesta – missä "läheisyys" mitataan vähintään kymmenissä tai jopa sadoissa miljoonissa valovuosissa. 

"Penn Staten tutkimus osoitti jo, että tällaiset sivilisaatiot ovat hyvin harvinaisia, mutta uusi tutkimus viittaa siihen, että sekin on vähättelyä. Kardashevin tyypin III sivilisaatioita ei yksinkertaisesti ole kovin lähellä. Mielestäni voimmekin nukkua yömme rauhassa: muukalaisten hyökkäys on hyvin epätodennäköinen", naurahtaa Garrett.

Jotkut Garrettin tutkimista galakseista vaativat vielä lisähavaintoja, mutta toistaiseksi kaikki tarkkaan tunnetut järjestelmät selittyvät luonnollisilla ilmiöillä. "Hyvin todennäköisesti loputkin lukeutuvat samaan kategoriaan, mutta ne kannattaa silti tarkistaa", Garrett arvioi.

Garrettin soveltamalla menetelmällä olisi mahdollista tunnistaa myös tyypin II sivilisaatioiden jättämät jäljet. Sellaisetkin olisivat paljon meitä kehittyneempiä, sillä me emme ole vielä yltäneet edes tyyppiin I. Ja ne olisivat todennäköisesti yleisempiä kuin tyypin III sivilisaatiot.

"On hieman huolestuttavaa, että tyypin III sivilisaatioita ei näytä olevan olemassa. Se ei ole ollenkaan niiden fysiikan lakien mukaista, jotka selittävät muuten niin hyvin fysikaalisen maailmankaikkeuden. Palapelistä näyttää puuttuvan jokin keskeinen palanen. Kenties kehittyneet sivilisaatiot ovat niin energiatehokkaita, että niiden säteilemä hukkaenergia on hyvin vähäistä - tosin nykyisen fysiikan tuntemuksemme perusteella se olisi hyvin vaikeaa. Siksi on tärkeää jatkaa Maan ulkopuolisen älyn merkkien etsimistä, jotta saisimme todella selville, mikä tilanne oikein on", Garrett päättää.

Tutkimuksesta kerrottiin Hollannin radioastronomisen instituutin ASTRONin uutissivuilla ja se julkaistaan Astronomy and Astrophysics -tiedelehdessä.

Kuva: Danielle Futselaar/ASTRON

Planeettojen synty alkaa sähköisesti

Ti, 08/04/2015 - 10:48 Markus Hotakainen

Linnunradan käsikirja liftareille kertoo muinaisesta Margratheasta, myyttisestä maailmasta, jonka vientituotteena olivat käsityönä tehdyt luksusluokan mittatilausplaneetat. Samaisen legendaarisen hakuteoksen "enimmäkseen harmittomaksi" luokittelemalla maapallolla ei ole vielä päästy yhtä pitkälle, mutta laboratoriokokeet on jo aloitettu.

Planeettojen syntyprosessi tunnetaan pääpiirteiltään, mutta yksi monista arvoituksista on sen alkuvaiheet: miten tähtienvälisen aineen kasautuminen pääsee käyntiin? Syntymässä olevia tähtiä ympäröivissä ainekiekoissa oleva pöly muistuttaa hienojakoisuudeltaan suunnilleen savua. Tästä usvasta pitäisi saada aikaan monenkirjavia, niin kivisiä kuin pääosin kaasusta koostuvia planeettoja. 

Tutkijat ovat jo pitkään arvelleet, että sähköstaattiset vuorovaikutukset saattavat auttaa toisiinsa törmäileviä hiukkasia pysymään yhdessä sen sijaan, että ne kimpoilisivat eri suuntiin. 

Chicagon yliopistossa on nyt ensimmäisen kerran onnistuttu tarkastelemaan yksityiskohtaisesti, miten hiukkasryppäät lähtevät kasvamaan pitkän kantaman sähköstaattisten vuorovaikutusten avittamien sieppausten seurauksena. Näin syntyy "raemolekyylejä", jotka muistuttavat rakenteeltaan yksinkertaisia kemiallisia yhdisteitä. 

Vapaassa putoamisliikkeessä olevan hiukkasvirran avulla tutkijat simuloivat liki painotonta tilaa, missä sähköisesti varattujen hiukkasten väliset veto- ja hylkimisvoimat vaikuttavat vastaavalla tavalla kuin avaruuden tyhjyydessä. Hiukkasia seurattiin huippunopealla videokameralla, joka oli myös vapaassa pudotuksessa.

"Tutkimuksella on merkitystä planeettojen synnyn kaikkein varhaisimpien vaiheiden kannalta. Prosessin uskotaan käynnistyvän tähtienvälisten pölyhiukkasten keskinäisistä törmäyksistä", arvioi tutkijaryhmään kuulunut Heinrich Jaeger

Yksittäisissä nokkakolareissa ei kuitenkaan vapaudu riittävästi energiaa, jotta hiukkaset takertuisivat toisiinsa, mutta sähköisistä voimista näyttää löytyvän selitys – kuten arveltiinkin.

Tuoreet tulokset eivät tuo selvyyttä ainoastaan planeettojen syntyyn, vaan sillä arvellaan olevan sovelluksia niin biofysiikassa ja termodynamiikassa kuin proteiinien ja nukleiinihappojen rakenteen tutkimuksessakin.

Laboratoriokokeista kerrottiin Chicagon yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/JPL-Caltech

Luonto jäljittelee taidetta

La, 02/07/2015 - 11:28 Markus Hotakainen
Kuva: ESA / Planck Collaboration

Näyttääkö yllä oleva kuva jotenkin tutulta? Ei niinkään yksityiskohdiltaan, mutta jossain määrin väreiltään ja erityisesti yleisilmeeltään.

Tutuntuntuisuus ei ole mikään ihme, sillä Vincent van Goghin maalauksessa Tähtikirkas yö taivas on kuvattu kovasti samannäköisenä kuin Planck-luotaimen mittauksista kootussa kuvassa.   

Keväällä 1889 van Gogh – leikattuaan korvansa irti – kirjoittautui Saint-Paul-de-Mausolen "hullujenhuoneeseen", missä hän maalasi monet tunnetuimmista teoksistaan, muiden muassa juuri Tähtikirkkaan yön. Se vastaa van Goghin huoneen ikkunasta avautunutta näkymää, jonka hän ikuisti yli 20 maalaukseen. 

Öisen maiseman yllä kaartuvalla taivaalla näkyy Kuu sekä kirkkaimpana "tähtenä" Venus, joka on korkean sypressin oikealla puolella. Vincent kirjoitti kesäkuun alussa veljelleen Theolle, kuinka ennen auringonnousua taivaalla näkyy kirkas "aamutähti". Sittemmin on todettu, että Venus todella oli tuolloin aamutaivaalla. 

 

Maailmankaikkeus päihitti kuitenkin van Goghin.  

Toukokuussa 2009 avaruuteen laukaistu Planck tarkkaili melkein neljän ja puolen vuoden ajan maailmankaikkeuden vanhinta "valoa", kosmista taustasäteilyä.

Säteily on peräisin noin 380 000 vuoden ikäisestä universumista, kun kosmoksen lämpötila oli laskenut niin paljon, että protonit ja elektronit lyöttäytyivät yksiin ja muodostivat atomeja. Maailmankaikkeus muuttui läpinäkyväksi ja säteily pääsi etenemään esteettä.

Maailmankaikkeuden laajeneminen on venyttänyt säteilyn aallonpituutta siten, että nykyisin se havaitaan mikroaaltoalueella. Ja juuri sillä alueella Planck mittasi säteilyn voimakkuutta ja polarisaatiota (eli säteilyn sähkömagneettisen aaltoliikkeen värähtelytason suuntaa). Havainnot kattoivat koko taivaankannen.

Otsikkokuva ei kuitenkaan esitä kosmisen taustasäteilyn jakaumaa, joten Vincent ei ollut sentään 13,7 miljardia vuotta jäljessä universumia – korkeintaan joitakin kymmeniä tuhansia vuosia.

Kuva esittää Linnunradan pölyn säteilyä, jonka polarisaatio kertoo kotigalaksimme magneettikentästä. Sen voimaviivat saavat aikaan kuvan kiemuraiset kuviot. Värit puolestaan kertovat säteilyn voimakkuudesta: punaruskea on voimakkainta, tummemman sininen heikointa.

Näkikö van Gogh sekavassa mielentilassaan taivaalla Linnunradan pölystä tulevan säteilyn polarisaation? No ei. Maalauksen ja maailmankaikkeuden välinen yhdennäköisyys on silti kiinnostava.