Chandra

Miltä näyttää komeetta röntgenkuvassa?

Ma, 04/18/2016 - 20:32 Markus Hotakainen

​Ihan perinteisestä röntgenkuvasta ei kuitenkaan ole kyse, sillä tässä tapauksessa komeettaa – tai jos tarkkoja ollaan, kahta komeettaa – ei läpivalaistu.

Röntgenkuvat otettiin Chandra-avaruusteleskoopilla, joka on tutkinut avaruuden röntgenkohteita jo vuodesta 1999. Vuonna 2013 se suuntasi suurenergisen katseensa kahteen komeettaan.

C/2012 S1 eli ISON ja C/2011 S4 eli PanSTARRS kulkivat tuolloin suhteellisen läheltä Maata, vaikka etäisyyttä olikin ISONin tapauksessa yli 140 miljoonaa ja PanSTARRSin kohdalla reilut 200 miljoonaa kilometriä. Kumpikin komeetta oli tulossa Oortin pilvestä, joka on kaukana Pluton radan takana sijaitseva "komeettavarasto".

Kuviin on yhdistetty näkyvän valon alueella otetut kuvat itse komeetoista sekä taustataivaasta ja Chandran nappaamat otokset röntgenalueella. Optisella alueella ISON on väriltään selvästi vihreä, sillä sen ytimestä suihkusi myrkyllistä syaania. PanSTARRS on puolestaan kellertävä suuren pölymäärän takia.

Röntgenkuvissa komeetat näyttävät hyvin erilaisilta. Syynä on sekä erot aurinkotuulessa että komeettoja ympäröivissä kaasukehissä. ISON-komeetalla oli havaintojen perusteella ympärillään tiheä kaasupilvi, joka erottuu röntgenalueella kaarevana alueena. PanSTARRSin röntgensäteily on utumaisempaa, mikä kertoo – komeetan optisen alueen värin ohella – runsaasta pölyn määrästä.

Komeettojen röntgensäteily syntyy, kun aurinkotuulen "raskaat" alkuaineet kuten hiili- ja happiatomit törmäävät komeetasta irronneisiin atomeihin. Kolarissa atomit vaihtavat elektroneja, ja kun elektronit siirtyvät alemmille energiatasoille, ne lähettävät röntgensäteilyä.

Chandralla tehtyjen röntgenhavaintojen perusteella pystyttiin tekemään arvioita aurinkotuulen raskaampien atomien runsauksista ja ne sopivat hyvin yhteen muilla havaintolaitteilla aiemmin tehtyjen määritysten kanssa. 

Uusista kuvista kerrottiin Chandran uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/CXC/University of CT/B. Snios et al [röntgen]; DSS, Damian Peach [näkyvä valo]

 

 

Auringon myrskyt sytyttävät Jupiterin röntgenrevontulet

Ke, 03/23/2016 - 07:32 Markus Hotakainen
Jupiterin revontulet

Jupiterissa esiintyy revontulia siinä missä Maassakin. Ne ovat keskittyneet samaan tapaan planeetan napaseuduille, mutta ovat paljon voimakkaampia.

Jättiläisplaneetan revontulet roihahtavat tavallistakin kirkkaammiksi, kun Auringossa tapahtuu voimakkaita purkauksia. Hiukkaspilven osuessa Jupiterin magneettikenttään revontulien kirkkaus röntgenalueella on kahdeksan kertaa normaalia suurempi. Silloin ne päihittävät Maan pohjantulet energiamäärissä monisatakertaisesti.

Kun koronan massapurkauksen seurauksena Auringosta singahtaa voimakas hiukkaspuhuri, Jupiterin magnetosfäärin saavuttaessaan se painaa sitä kasaan parin miljoonan kilometrin verran. Samalla se saa aikaan Jupiterin napaseuduilla voimakkaita röntgenalueen revontulia, jotka kattavat Maan kokonaispinta-alaa suuremman alueen.

Kuvapari on yhdistetty Hubble-avaruusteleskoopin ottamista näkyvän valon alueen kuvista ja Chandra-röntgenobservatorion havainnoista. Kahden 11 tunnin havaintojakson aikana kerättiin tietoja, joiden avulla paikallistettiin röntgensäteilyn lähde. 

Samalla määritettiin alueet, joilta on tarkoitus tehdä tarkempia havaintoja sekä Chandralla että Euroopan avaruusjärjestön XMM-röngensatelliitilla. Niiden avulla tarkastellaan yksityiskohtaisemmin Auringosta tulevien hiukkaspurkausten ja Jupiterin magnetosfäärin vuorovaikutusta. 

Jupiterin reposista kerrottiin NASAn uutissivuilla.

Kuva: NASA/CXC/UCL/W. Dunn et al [röntgen], NASA/STScI [näkyvä valo]

Musta aukko suihkuaa kaukaisessa galaksissa

Ti, 02/02/2016 - 22:17 Markus Hotakainen
Mustan aukon suihku

Pictor A on eteläisellä taivaalla Maalarin tähdistön suunnassa sijaitseva galaksi, jolla on etäisyyttä noin 480 miljoonaa valovuotta. Sen keskustassa on galakseille tyypilliseen tapaan supermassiivinen musta aukko (kirkas piste keskellä kuvaa), joka ahmii ympäristössään olevaa ainetta sisäänsä.

Samalla vapautuu suunnaton määrä energiaa, joka on singonnut avaruuteen valtaisan, yli 300 000 valovuoden mittaisen hiukkassuihkun. Sillä on siis pituutta noin kolme kertaa Linnunradan halkaisijan verran. Ja hiukkaset kiitävät melkein valon nopeudella.

Vastikään julkaistuun kuvaan on yhdistetty Chandra-röntgensatelliitin 15 vuoden aikana tekemät havainnot (kuvassa sinisellä) ja Australia Telescope Compact Array -radioteleskoopilla tehdyt tuoreet havainnot (punaisella).

Suuresta etäisyydestään huolimatta galaksi on kuitenkin riittävän lähellä, jotta röntgenalueella säteilevää suihkua ja siihen liittyviä ilmiöitä on mahdollista tutkia yksityiskohtaisesti.

Kirkkaana erottuvan suihkun lisäksi mustan aukon lähistöltä lähtee vastakkaiseen suuntaan "vastasuihku". Siitä oli saatu viitteitä jo aiemmin, mutta Chandran havainnot varmistivat sen olemassaolon.

Kummankin suihkun ympärillä esiintyy voimakasta radiosäteilyä, kun hiukkaset törmäävät tähtien- ja galaksienväliseen kaasuun. Lähellä kuvan oikeaa reunaa näkyvä kirkas "tähti" on "kuuma piste", joka syntyy suihkun shokkiaallosta – samaan tapaan kuin yliäänipamaus suihkukoneen murtaessa äänivallin. 

Aiemmin arveltiin, että röntgensäteily saattaisi syntyä hiukkassuihkun elektronien törmäillessä kosmisen taustasäteilyn fotonien kanssa. Fotonit saisivat silloin lisää energiaa, jolloin säteilyn aallonpituus siirtyisi röntgenalueelle.  Suihkujen kirkkausero ei kuitenkin täsmää tähän selitysmalliin.

Havaintojen perusteella on nyt todettu, että röntgensäteily on niin sanottua synkrotronisäteilyä, joka syntyy elektronien kieppuessa magneettikentän voimaviivojen ympärillä. Jokin antaa elektroneille kaiken aikaa lisävauhtia, mutta ilmiön tausta on toistaiseksi tuntematon.

Suihkusta kerrottiin Chandran uutissivulla ja tutkimus on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/CXC/University of Hertfordshire/M. Hardcastle et al. [röntgen]; CSIRO/ATNF/ATCA [radio]

Taivaalta löytyi Irvikissa - mitä tähän sanoo herra Einstein?

Ti, 11/24/2015 - 11:38 Markus Hotakainen
Galaksijoukko näkyvässä valossa ja röntgenalueella

Sata vuotta sitten Albert Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteoriansa, joka on kiistatta yksi 1900-luvun merkittävimmistä tieteellisistä saavutuksista.

Yksi teorian lukuisista ennusteista oli, että massiivinen kappale vääristää aika-avaruutta ja saa läheltä kulkevan valonsäteen muuttamaan hieman suuntaansa. 

Toukokuussa 1919 sattuneen täydellisen auringonpimennyksen aikana otettuja kuvia verrattiin samasta kohdasta otettuihin tähtikuviin ja kas: tähtien paikat näyttivät tosiaan siirtyneen Einsteinin ennustamalla tavalla.

Ilmiö on sitä voimakkaampi, mitä suurempi massa on kyseessä. Galaksit ja kokonaiset galaksijoukot saavat niiden lähettyviltä kulkevat valonsäteet taipumaan niin, että kauempana olevat kohteet vääristyvät kummallisiksi kuvajaisiksi.

Yksi hassuimmista on SDSS J103842.59+484917.7 noin 4,6 miljardin valovuoden etäisyydellä Ison karhun tähdistössä. Kun yhdistetään Hubble-avaruusteleskoopilla tehdyt näkyvän valon ja Chandra-avaruusteleskoopin röntgenalueen havainnot, saadaan näkyviin ilmiselvä Irvikissa, Liisan seikkailut ihmemaassa -klassikon ajoittain katoavainen kissa, josta toisinaan näkyy vain leveä hymy.

Kirja ilmestymisestä on kulunut nyt 150 vuotta, joten se kytkeytyy kosmisen kissahahmon kautta osuvasti Einsteinin juhlavuoteen. Liisan seikkailuista kirjoitti Lewis Carroll, joka oli oikealta nimeltään Charles Dodgson ja sattumoisin matemaatikko.

Galaksijoukon kaksi jättiläisgalaksia muodostavat kissan silmät ja kolmas galaksi kirsun. Galaksien ympärillä oleva tavallinen ja pimeä aine saavat aikaan gravitaatiolinssin, joka vääristää neljä etäämpänä olevaa galaksia sopivasti sijoittuneiksi kaariksi. 

 

 

Itse asiassa "silmät" kuuluvat kahteen eri galaksijoukkoon, jotka ovat törmäämässä toisiinsa lähes 500 000 kilometrin tuntinopeudella. Yllä olevassa Chandran ottamassa röntgenkuvassa näkyy pelkästään säteily, joka on peräisin galaksijoukkojen kuumasta kaasusta. Meneillään oleva törmäys on kuumentanut sen miljooniin asteisiin. 

Röntgenkuvassa toisen silmän kohdalla näkyvä kirkas kohta on toisen galaksin keskuksessa oleva supermassiivinen musta aukko – tai pikemminkin sitä ympäröivä kertymäkiekko, jossa aine kuumenee ennen katoamistaan pohjattomaan nieluun.

Irvikissajoukosta on tutkijoiden mukaan tulossa ennen pitkää niin sanottu fossiilijoukko, jossa yhden jättimäisen ellipsigalaksin ympärillä on suuri määrä pienempiä galakseja. Fossiilivaihetta pidetään osana galaksijoukkojen kehitystä ja Irvikissa tarjoaa hyvän tilaisuuden sen tarkasteluun. Kissan "silmien" arvellaan sulautuvan toisiinsa noin miljardin vuoden kuluttua, jolloin Irvikissasta tuleekin Kyklooppi. 

Tutkimuksesta kerrottiin Chandra-röntgenteleskoopin uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/CXC/UA/J.Irwin et al [röntgen] / NASA/STScI [näkyvä valo]

Avaruusteleskooppi havaitsi neutronitähden röntgenkaikuja

Pe, 06/26/2015 - 10:15 Markus Hotakainen

Eteläisen taivaan pienessä ja himmeässä Harpin tähdistössä on voimakas röntgensäteilyn lähde Circinus X-1. Se on kaksoisjärjestelmä, jossa neutronitähti ja jättiläistähti kiertävät toisiaan. 

Vain noin kymmenen kilometrin läpimittainen, mutta silti suunnilleen auringonmassainen neutronitähti on syntynyt suuren tähden räjähtäessä elämänsä lopulla supernovana. 2 500 vuotta sitten tapahtuneen räjähdyksen seurauksena avaruuteen on levinnyt kaasua ja pölyä, joka edelleen ympäröi kaksoistähteä.  

Tai 2 500 vuotta sitten Maasta katsottuna: todellisuudessa siitä on kulunut paljon pidempi aika. Kohteen etäisyyttä on ollut vaikea määrittää, joten tutkijat eivät ole tienneet, kuinka kauan sitten supernovaräjähdys oikeasti tapahtui.

Vajaa kaksi vuotta sitten (plus etäisyyden mukainen aika…) neutronitähdessä tapahtui voimakas purkaus, joka tarjosi tähtitieteilijöille mittatikun tarkan etäisyyden määrittämiseksi. 

Röntgenalueella toimivalla Chandra-avaruusteleskoopilla on havaittu neutronitähden ympärillä samankeskisiä renkaita, jotka ovat syntyneet säteilyn heijastuessa tähtienvälisestä pölystä.

"Samaan tapaan kuin lepakot käyttävät kaikuluotausta ympäristönsä hahmottamiseksi me voimme määrittää Circinus X-1:n röntgensäteilyn avulla sen täsmällisen sijainnin", sanoo tutkimusta johtanut Sebastian Heinz

Neutronitähdessä tapahtuneen purkauksen seurauksena röntgensäteily leviää joka suuntaan, mutta kun se heijastuu eri etäisyyksillä olevista pölypilvistä, se saapuu Maahan eri suunnista hieman eri aikaan. Viive on yhdestä kolmeen kuukauteen.

Chandran havaintoihin yhdistettiin Australiassa sijaitsevalla Mopran radioteleskoopilla tehdyt mittaukset pölypilvien sijainneista, jolloin näiden "röntgenkaikujen" perusteella voitiin laskea neutronitähden etäisyydeksi 30 700 valovuotta.

Kun Circinus X-1:n etäisyys tunnetaan nyt paljon aiempaa tarkemmin, se näyttää säteilevän sekä röntgenalueella että muillakin aallonpituuksilla paljon oletettua voimakkaammin. Neutronitähdestä tulevan energisten hiukkasten suihkun nopeus on myös todettu huimaksi: yli 99,9 prosenttia valon nopeudesta.

Näin suuria nopeuksia esiintyy yleensä vain mustia aukkoja ympäröivien kertymäkiekkojen yhteydessä. "Circinus X-1 käyttäytyy joissakin suhteissa kuin neutronitähti ja joissakin kuin musta aukko", ihmettelee tutkimusryhmään kuuluva Catherine Braiding. "On hyvin harvinaista löytää kohde, jolla on kummankin ominaisuuksia".

Chandran havaintojen perusteella on neutronitähden itsensä ohella mahdollista tutkia Linnunradan rakennetta. Röntgenkaikujen avulla saadaan laadittua kolmiulotteinen kartta Circinus X-1:n ja Maan välillä olevien pölypilvien sijainnista.

Kaikuluotauksesta kerrottiin Chandra-avaruusteleskoopin sivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/CXC/University of Wisconsin-Madison/S. Heinz et al/DSS

 

Pimeä aine vaikuttaa entistä pimeämmältä

To, 03/26/2015 - 21:06 Markus Hotakainen

Maailmankaikkeudesta alle viisi prosenttia on näkyvää ainetta eli galakseja, tähtiä, planeettoja ja kaasua. Noin neljännes on pimeää ainetta ja loput, yli 71 prosenttia, pimeää energiaa, joka saa universumin laajenemaan kiihtyvällä vauhdilla.

Pimeän energian olemuksesta on vain kalpea aavistus eikä pimeää ainetta tunneta juuri sen paremmin. Hubble-avaruusteleskoopilla ja Chandra-röntgensatelliitilla on tehty vastikään havaintoja, jotka osoittavat pimeän aineen olevan vielä "pimeämpää" kuin aiemmin on arveltu.

Paitsi että pimeä aine ei heijasta, ime eikä lähetä säteilyä – eli nimeksi sopisi paremmin "näkymätön aine" – se ei juurikaan vuorovaikuta myöskään itsensä kanssa. Se pystytään havaitsemaan ainoastaan gravitaatiovaikutuksensa ansiosta.

 

 

Tutkimuksen kohteena oli toisiinsa törmääviä galaksijoukkoja. Jo aiemmin on Luotijoukoksi nimettyä kohdetta (kuvassa yllä) havaittaessa todettiin, että galaksijoukkojen törmäyksissä kaasupilvien liike hidastuu ja samalla ne kuumenevat. Kaasuun verrattuna harvakseltaan sijaitsevat tähdet kulkevat pääosin toistensa lomitse mutta pimeä aine jatkaa matkaa kuin mitään ei olisi tapahtunut.

Luotijoukon kuvassa pimeä aine on merkitty sinisellä ja kuumentunut, röntgenalueella säteilevä kaasu vaaleanpunaisella. Pimeä aine ja kaasu ovat selvästi erottuneet toisistaan.

Sama ilmiö on nyt havaittu monissa muissakin galaksijoukkojen törmäyksissä. Kansainvälinen tutkijaryhmä tarkasteli kaikkiaan 72 kosmista kolaria ja pimeä aine käyttäytyy niissä yhtä välinpitämättömästi kuin Luotijoukossa.

 

 

Syynä ei kuitenkaan ole se, että pimeän aineen hiukkaset – mikäli se koostuu hiukkasista – olisivat kaukana toisistaan samaan tapaan kuin tähdet. Toisiinsa törmäävät pimeän aineen kasaumat eivät ole törmäyksestä moksiskaan, koska pimeä aine ei näytä vuorovaikuttavan edes itsensä kanssa.

Tuoreet tulokset eivät edelleenkään paljasta pimeän aineen todellista olemusta, mutta se rajaa vaihtoehtoja, joita tutkijoilla on pohdittavanaan. Seuraavaksi tutkijaryhmän tarkoituksena on tehdä havaintoja yksittäisten galaksien törmäyksistä ja pimeän aineen käyttäytymisestä pienemmässä mittakaavassa.

Uusista tuloksista kerrottiin Hubble-avaruusteleskoopin kotisivuilla ja ne julkaistaan 27. maaliskuuta ilmestyvässä Science-tiedelehden numerossa.

Kuvat: NASA / ESA / D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland) / R. Massey (Durham University, UK) (kuvasarjat), NASA / CXC / CfA / M. Markevitch et al. / STScI / ESO / University of Arizona / D. Clowe et al. (Luotijoukko)

Ystävänpäiväkukka avaruudesta

Pe, 02/13/2015 - 16:37 Markus Hotakainen
Kuva: NASA / CXC / University of Texas / S.Post et al (röntgen); 2MASS / Umass / IPAC-Caltech / NASA / NSF (infrapuna)

Tiedetuubi ottaa varaslähdön ja ojentaa ystävänpäiväkukan jo tänään. Kuvassa on eteläisellä taivaalla Kärpäsen tähdistön suunnassa sijaitseva supernovajäänne G299.2-2.9 – kavereiden kesken lyhyesti G299 – jota Chandra-röntgensatelliitti on kuvannut. Räjähdys tapahtui noin 4 500 vuotta sitten, mutta tähden jäänteet ovat edelleen niin kuumia, että ne säteilevät voimakkaasti röntgensäteilyä.

Kuvassa supernovajäänteen eri värit kuvastavat säteilyn aallonpituuksia. Sininen on kaikkein lyhytaaltoisinta eli energisintä ja punainen pitkäaaltoisinta säteilyä. Vihreä on siltä väliltä; se on lähtöisin raudasta. Kaikkein energisin säteily on peräisin piistä ja rikistä. Tähdet on kuvattu infrapuna-alueella.

G299:n synnyttänyt supernova oli tyyppiä Ia. Ennen räjähdystä kaksoistähden nopeammin kehittynyt eli massiivisempi osapuoli oli ehtinyt muuttua valkoiseksi kääpiöksi, joka imuroi toisesta tähdestä ainetta itseensä.

Kun ainetta oli kertynyt riittävästi, siinä käynnistyivät räjähdysmäisesti fuusioreaktiot, jotka hajottivat sekä valkoisen kääpiön että seuralaistähden. Toinen mahdollisuus on, että kaksoistähden kumpikin osapuoli oli valkoinen kääpiö ja räjähdys oli seurausta niiden sulautumisesta yhteen.

Tyypin Ia supernovat ovat tärkeitä kosmologisia mittatikkuja, sillä niiden maksimikirkkaus on aina sama. Siten niiden avulla voidaan määrittää galaksien etäisyyksiä miljardien valovuosien päähän.

Tällaisten kaksoistähtijärjestelmistä syntyneiden supernovajäänteiden pitäisi olla jokseenkin symmetrisiä toisin kuin yksinäisten tähtien luhistumisesta seuraavien räjähdyspilvien. G299:n kohdalla ongelmana on se, että jäänne ei olekaan symmetrinen.

Ensinnäkin kaasupilven laajenemisnopeus vaihtelee eri suunnissa, mikä näkyy esimerkiksi sen oikeassa laidassa kurkottavana ulokkeena. Myös jäänteen kemiallinen koostumus vaihtelee sen eri osissa. Pilven yläosassa on enemmän rautaa suhteessa piihin kuin sen alaosassa. Siksi jäänne on yläosaltaan selvästi vihertävä ja alaosa sininen.

Chandran havainnot selittyisivät, jos räjähdys on ollut syystä tai toisesta toispuoleinen. Toinen vaihtoehto on, että räjähtäneen tähden ympäristössä tähtienvälisen aineen tiheys on vaihdellut. Silloin jäänteen laajenemiseen on vaikuttanut se, millaiseen kaasuun se on eri suunnissa törmännyt.