kvasaari

Huimalla vauhdilla kasvava musta aukko löytynyt

Ti, 05/15/2018 - 12:32 Jari Mäkinen
Supermassiivinen musta aukko. Kuva: Hubble (ESA/NASA)

Australialaistutkijat ilmoittavat löytäneensä taivaalta ennätyksellisen nopeasti kasvavan mustan aukon. Se imaisee itseensä ympäröivästä avaruudesta noin oman Aurinkomme verran massaa kahden vuorokauden kuluessa, siis noin 363 miljoonaa miljoonaa miljoonaa miljoonaa miljoonaa kilogrammaa vuodessa.

Kvasaari nimeltä SMSS~J215728.21-360215.1 on itse asiassa supermassiivinen musta aukko, joka on noin 12 miljardin valovuoden päässä. Näemme siis sen sellaisena, kuin se oli 12 miljardia vuotta sitten – siis aikaan, jolloin maailmankaikkeus oli hyvin nuori.

Tuolloin musta aukko oli massaltaan 20 miljardia kertaa oman Aurinkomme verran ja se kasvoi prosentin verran miljoonassa vuodessa. 

Prosentti miljoonassa vuodessa ei kuulosta suurelta, mutta se on, kun kyse on näin massiivisesta taivaankappaleesta.

"Tämä musta aukko kasvaa niin nopeasti, että se loistaa tuhansia kertoja kirkkaammin kuin kokonainen galaksi", sanoo tutkimusryhmän vetäjä Christian Wolf Australian kansallisesta yliopistosta.

"Emme tiedä vielä miksi ja miten tämä musta aukko kasvoi näin suureksi niin aikaisin maailmankaikkeuden historiassa."

Musta aukko säteilee valtavasti, koska siihen putoava kaasu alkaa hohtaa kiihtyessään ja muun kaasun kanssa yhteen osuessaan. Aukon ympärillä on kerääntymäkiekko, joka on säteilyn lähde; itse musta aukko ei säteile valoa.

"Jos tämä monsteri olisi Linnunradan keskustassa, niin se olisi kymmenen kertaa täysikuuta kirkkaampi. Se olisi hyvin kirkas piste taivaalla ja sen loiste peittäisi alleen kaikkien muiden tähtien valon."

Tosin jos näin massiivinen musta aukko olisi Linnunradan keskellä, olisi meillä tukalat olot. Se säteilee valon lisäksi paljon ultraviolettisäteilyä sekä röntgensäteitä, jotka grillaisivat koko ajan maapalloa.

Kyseessä oleva musta aukko on kuitenkin erittäin kaukana, eikä siitä ole meille haittaa. Se on itse asiassa varsin heikkovaloinen, eikä sitä voi havaita ilman tehokasta kaukoputkea. Havainnot siitä tehtiin Australiassa Coonabarabranin luona olevassa Siding Spring -observatoriossa olevalla kaukoputkella, joka katsoo taivasta pääasiassa infrapunavalon alueella.

Kohde näkyy lähi-infrapunassa, koska sen valo on siirtynyt punaisen suuntaan liikkuessaan laajenevan maailmankaikkeuden halki vuosimiljardien kuluessa.

Wolfin ryhmä on etsinyt supermassiivisia mustia aukkoja jo jonkin aikaa, ja nyt tehty havainto pystyttiin varmistamaan viime kuussa julkistettujen Gaia-satelliitin tietojen avulla.

Löytö varmistettiin vielä Siding Springissä olevalla 2,3-metrisellä peilillä varustetulla teleskoopilla.

Supermassiiviset mustat aukot ovat kiinnostavia paitsi sinällään, niin myös siksi, että niiden avulla voidaan tutkia varhaista maailmankaikkeutta ja sen kehitystä.

*

Löydöstä kertova tutkimus ilmestyy pian Publications of the Astronomical Society of Australia (PASA) -julkaisussa: https://arxiv.org/abs/1805.04317

Otsikkokuvassa on supermassiivinen musta aukko Hubble-avaruusteleskoopin kuvaamana. Se näyttää samalta, mutta ei ole tutkimuksessa ollut kvasaari. Kuva: Hubble (ESA/NASA)

Röntgenalueen mikrolinssi-ilmiö tuotti yllätyksen – tähtitieteilijät löysivät eksoplaneettoja Linnunradan ulkopuolelta

La, 02/03/2018 - 01:03 Markus Hotakainen

Muita tähtiä kiertäviä eksoplaneettoja tunnetaan jo yli 3 500, mutta muista galakseista niitä ei ole varmuudella löytynyt – ilmeisistä syistä. Eniten käytetyt ylikulku- ja säteisnopeusmenetelmät ovat melko etäisyysrajoitteisia ja ovat käyttökelpoisia vain pienellä alueella Linnunradassa.

Oklahoman yliopiston tähtitieteilijät ovat kuitenkin onnistuneet havaitsemaan planeettoja toisessa galaksissa. Löytö perustuu mikrolinssi-ilmiöön eli kaukaisemmista taivaankappaleista tulevien valonsäteiden taipumiseen ja "kuvan" kirkastumiseen etualalla olevan kohteen gravitaatiokentässä.

"Olemme hyvin innoissamme löydöstä. Ensimmäisen kerran olemme onnistuneet havaitsemaan planeettoja oman kotigalaksimme ulkopuolella", riemuitsee tutkimusta johtanut Xinyu Dai. "Mikrolinssitekniikkaa soveltavassa tutkimuksessa tehdyt havainnot selittyvät parhaiten planeetoilla."

Kuvan keskellä erottuvan ellipsigalaksin gravitaatio on kirkastanut kauempana olevan RX J1131-1231 -nimisen kvasaarin kuvajaisen neljäksi kirkkaaksi pisteeksi. Ilmiön tarkka mallintaminen on paljastanut elliptisessä galaksissa olevan ainakin parituhatta planeettaa, jotka ovat massaltaan Kuun ja Jupiterin väliltä.

"Galaksi on 3,8 miljardin valovuoden etäisyydellä eikä planeettoja ole mahdollista havaita suoraan edes parhailla tieteistarinoissa kuvitelluilla teleskoopeilla. Silti pystymme tutkimaan niitä, paljastamaan niiden olemassaolon ja jopa arvioimaan niiden massat", hehkuttaa Eduardo Guerras.

Löytö tehtiin Chandra-röntgenteleskoopilla, joka vietiin avaruuteen vuonna 1999. Sen oli määrä toimia viiden vuoden ajan, mutta ensi vuonna tulee täyteen jo kaksi vuosikymmentä. Röntgenhavaintojen mallinnus tehtiin Oklahoman yliopiston superlaskentakeskuksessa.

Ennätyskaukaisista eksoplaneetoista kerrottiin Oklahoman yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: University of Oklahoma

Mustan aukon pyöriminen säätelee ainesuihkujen syntyä

Pe, 01/12/2018 - 18:50 Markus Hotakainen

Galaksien keskuksissa lymyäviä supermassiivisia mustia aukkoja tunnetaan jo niin paljon, että niiden ominaisuuksia voidaan selvitellä tilastollisesti. Tällä tavoin on nyt saatu tietoa siitä, miten aukkojen pyörimisliike vaikuttaa niiden lähistöltä suurella nopeudella sinkoutuvien aihesuihkujen syntyyn.

Suihkujen lähettämää säteilyä havaitaan erityisesti kvasaareissa, jotka ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita. Kvasaarien energia on peräisin miljoonia kertoja Aurinkoa massiivisempien mustien aukkojen kertymäkiekoista, joissa lähiympäristön aine kiertyy kohti kosmista imuria. Vain osa tästä energiasta säteilee radioalueella, sillä ainoastaan noin 10 prosenttia kvasaareista on "kirkkaita" radiosäteilyn aallonpituuksilla.  

Jo aiemmin on tiedetty, että radiosäteilyn voimakkuuteen vaikuttaa se, välttääkö osa kertymäkiekon aineesta karun kohtalon ja päätyy mustan aukon sijasta sen pyörimisakselin suuntaisiin ainesuihkuihin, jotka voivat sinkoutua miljoonien valovuosien etäisyydelle.

Tähän saakka ei kuitenkaan ole tiedetty, miksi joissakin kvasaareissa suihkuja esiintyy, joissakin taas ei.  

Andreas Schulzen johtama ryhmä Japanin kansallisessa tähtitieteen observatoriossa (National Astronomical Observatory of Japan) selvitti, vaikuttaako ainesuihkujen syntyyn supermassiivisen mustan aukon pyöriminen. 

Mustia aukkoja ei – ainakaan toistaiseksi – pystytä havaitsemaan suoraan, joten Schulze tarkasteli kollegoineen aukkoja ympäröivissä kertymäkiekoissa esiintyvän hapen ionin (O III) lähettämän säteilyn voimakkuutta. Se kertoo, kuinka paljon aukkoon syöksyvä aine vapauttaa energiaa. Siitä on puolestaan mahdollista määrittää aukon pyörimisliike ja -nopeus.

Analysoimalla lähes 8 000 Sloan Digital Sky Survey -aineistosta löytyvää kvasaaria Schulzen tutkijaryhmä huomasi, että hapen O III -emissio on radioalueella voimakkaasti säteilevissä kvasaareissa keskimäärin 1,5 kertaa suurempi kuin vaitonaisissa. Vinha pyörimisliike näyttää siis olevan merkittävä tekijä ainesuihkujen synnyn kannalta.

"Tutkimusmenetelmämme nojaa muiden vastaavien tavoin useisiin olettamuksiin. Tuloksemme eivät tietenkään tarkoita, että pyörimisliike olisi ilman muuta ainoa tekijä, joka erottaa radioalueella 'äänekkäät' ja 'hiljaiset' kvasaarit. Ne kuitenkin viittaavat siihen, että pyörimisliikettä ei pidä jättää huomiotta. Se saattaa määrittää näiden kaukaisten ainetta ahmivien hirviöiden melutason", Schulze pohtii.

Tutkimus julkaistiin alun perin Astrophysical Journal -lehdessä (maksullinen).

Kuva: NAOJ

Linnunradassa lymyää näkymätöntä nuudelia

Ma, 01/25/2016 - 13:20 Markus Hotakainen
Compact Array -telescope

Tai lasagnelevyjä. Mahdollisesti myös hasselpähkinöitä. Koostumuksen sijaan tutkijoiden luonnehdinnat kuvaavat kuitenkin tähtienvälisessä kaasussa olevien tihentymien muotoa.

Jo 30 vuotta sitten kvasaarien radiosäteilyn voimakkuudessa todettiin esiintyvän huomattavaa vaihtelua. Syyksi arveltiin harvassa tähtienvälisessä kaasussa olevia tiheämpiä alueita, joiden sähköisesti varatut hiukkaset aiheuttavat muutoksia säteilyn kulkusuunnassa – samaan tapaan kuin linssi.

"Tihentymät saavat radiosäteilyn voimistumaan ja heikkenemään päivien, viikkojen tai kuukausien ajanjaksoissa", toteaa tutkimusta johtanut Keith Bannister.

Vaihtelun esiintymistä on hyvin hankala ennustaa, joten tutkijat olivat jo luopuneet yrityksistä tehdä tihentymistä havaintoja. Bannisterin ryhmä päätti kuitenkin suunnata CSIROn (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) Compact Array -radioteleskoopin kohti kvasaaria PKS 1939-315, joka sijaitsee Jousimiehen tähdistössä, Linnunradan keskuksen suunnassa. 

He onnistuivat havaitsemaan radiosäteilyssä vaihtelujakson, jolla oli kestoa peräti vuosi. Havainnoista saatiin arvioitua "linssin" eli kaasutihentymän läpimitaksi suunnilleen Maan radan halkaisija ja etäisyydeksi noin 3 000 valovuotta.

Samalla pystyttiin tekemään alustava määritys tihentymän muodolle. Se ei ole mikään epämääräinen möykky, vaan jotain kummallisempaa.

"Voi olla, että näemme litteän levyn tason suunnasta", arvelee tutkimusryhmään kuulunut Cormac Reynolds. "Tai sitten katselemme suoraan onttoon sylinteriin, joka muistuttaa muodoltaan nuudelia, tai hasselpähkinän muotoista pallomaista kuorta."

Jatkotutkimuksen toivotaan tuovan selvyyttä tihentymän muotoon. Radiohavainnot näyttävät kuitenkin olevan siihen ainoa keino, sillä kvasaaria havaittiin myös näkyvän valon alueella: minkäänlaista vaihtelua ei esiintynyt.

Koska tihentymät ovat näkymättömiä, niiden todellista luonnetta on vaikea arvioida. Yhden teorian mukaan ne koostuvat kylmästä kaasusta, joka pysyy kasassa oman vetovoimansa vaikutuksesta. Siinä tapauksessa tihentymät muodostaisivat merkittävän osan koko Linnunradan massasta.

Toistaiseksi ei myöskään tiedetä, miten näkymättömät "linssit" ovat syntyneet. "Rakenteet ovat kuitenkin todellisia ja havaintomme merkitsevät isoa askelta niiden koon ja muodon määrittämisessä", Bannister arvioi. 

Tutkimuksesta kerrottiin CSIROn uutissivuilla ja se on julkaistu Science-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Alex Cherney/terrastro.com

 

 

Kvasaarit syntyvät galaksien kolaroidessa

La, 06/20/2015 - 18:56 Markus Hotakainen

Maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja kaukaisimpia kohteita ovat kvasaarit. 1960-luvun alussa tunnistetut "tähdenkaltaiset kohteet" olivat aluksi arvoitus, mutta sittemmin on selvinnyt, että ne ovat varhaisissa kehitysvaiheissaan olevia galakseja.

Tähtijärjestelmän keskustassa lymyävään supermassiiviseen mustaan aukkoon syöksyvä aine kuumenee ja säteilee voimakkaasti eri aallonpituusalueilla. Usein syntyy myös mustan aukon pyörimisakselin suuntainen suihku, jossa ainetta sinkoutuu vastakkaisiin suuntiin lähes valon nopeudella.

Kvasaarien synnystä on kuitenkin ollut vain olettamuksia, mutta nyt tutkijat alkavat olla vankasti jäljillä. "Hubblen kuvat osoittavat, että maailmankaikkeuden kirkkaimmat kvasaarit ovat syntyneet galaksienvälisissä törmäyksissä. Niiden seurauksena mustat aukot kasvattavat kokoaan ja galaksien rakenne muuttuu", toteaa C. Megan Urry Yalen yliopistostoa.

Törmäyksissä mustat aukot saavat runsaasti lisää "syötävää" ja galaksien aktiivisuus voimistuu. Parhaimmillaan kvaraarin säteily voi kasvaa yhtä voimakkaaksi kuin satojen miljardien tähtien yhteenlaskettu kirkkaus. 

Avaruusteleskoopilla tarkasteltiin erityisesti infrapuna-alueella voimakkaasti säteileviä kvasaareja. Niitä ympäröivissä galakseissa on runsaasti pölyä, joka on kuitenkin puhaltumassa avaruuteen kvasaarien aktiivisuuden myötä.

"Hubblella tehtyjen havaintojen mukaan varhaisessa maailmankaikkeudessa kvasaarien kirkkaus oli seurausta galaksien sulautumisesta yhteen", vahvistaa Eilat Glikman Middlebury Collegesta. "Tarkastelemme kvasaareja niiden teini-iässä, jolloin ne kasvavat nopeasti ja ovat ihan sekaisin."

Havainnoista kerrottiin Yalen yliopiston uutissivuilla ja Astrophysical Journalissa julkaistu tutkimusartikkeli on luettavissa preprint-versiona.

Kuva: Michael S. Helfenbein

Muinainen monsteri – tutkijat löysivät ultramassiivisen mustan aukon

Ke, 02/25/2015 - 14:12 Markus Hotakainen
Kuva: ESO / M. Kornmesser

Pekingin yliopiston professorin Xue-Bing Wun johtama tutkijaryhmä on löytänyt kirkkaimman tunnetun kvasaarin, jonka voimanlähteenä on valtaisa musta aukko. SDSS J0100+2802 loistaa ennätykselliset 420 biljoonaa kertaa Aurinkoa suuremmalla säteilyteholla.

Tai loisti: kvasaarilla on etäisyyttä 12,8 miljardia valovuotta, joten sen säteily on lähtenyt matkaan, kun maailmankaikkeudella oli ikää vasta noin miljardi vuotta.Todennäköisesti kvasaarin loiste on hiipunut jo aikakausia sitten.

Vajaan miljardin vuoden ikäinen universumi oli muuttumassa radikaalisti, kun ensimmäisten galaksi- ja kvasaarisukupolvien säteily päätti "kosmisen pimeän kauden". Toistaiseksi onkin arvoitus, miten näin suuri musta aukko on voinut muodostua pian sen jälkeen, kun ensimmäiset tähdet ja galaksit vasta alkoivat loistaa.

Kvasaarit ovat nuorten galaksien kehitysvaiheita. Tähtijärjestelmän keskuksessa olevalla mustalla aukolla on runsaasti kaasua ahmittavanaan ja sen ympärille muodostuvan kertymäkiekon ilmiöt saavat aikaan kvasaarin suuren kirkkauden. Kun purtava loppuu, musta aukko rauhoittuu ja kvasaari sammuu – jos asian ilmaisee hyvin yksinkertaistetusti.

Vaikka suurin osa kvasaareista on etäällä meistä, näin kaukaiset ovat harvinaisuuksia. Vuodesta 1963 lähtien kosmisia majakoita on löydetty yli 200 000, mutta ainoastaan neljänkymmenen etäisyys on yli 12,7 miljardia valovuotta. Vaikka miljardin vuoden ikäinen maailmankaikkeus oli paljon nykyistä pienempi, kvasaareja oli silti harvassa. Niiden kukoistuskausi oli vasta alkamassa.

 

Monsterikvasaarin punasiirtymä on 6,3, kun "ennätys" on tällä hetkellä 7,085. Se ei siis ole etäisin kvasaari, mutta ero ei ole suuri: kaukaisin tunnettu kvasaari on 13 miljardin valovuoden etäisyydellä. SDSS J0100+2802 on seitsemän kertaa sitä kirkkaampi ja kaukaisin kvasaari, joka on löytynyt ainoastaan 2,4-metrisellä kaukoputkella.

Yllä vasemmalla olevaan kaavioon on sijoitettu kvasaareja niiden mustan aukon massan ja säteilytehon mukaisesti. Oikeanpuoleisessa kuvassa näkyvä SDSS J0100+2802 on kummankin suhteen omilla kymmenluvuillaan.

 
Myös Linnunradan keskuksessa on supermassiivinen musta aukko, joka on todennäköisesti tehnyt kauan sitten omasta kotigalaksistamme kvasaarin. Nyt löytynyt kohde on kuitenkin aivan toista luokkaa. Linnunradan mustan aukon massa on noin kolme miljoonaa Auringon massaa, mutta SDSS J0100+2802 -kvasaarin "moottori" on 4 000 kertaa massiivisempi.

 

Kuva: John Hill / LBTO

Vaikka SDSS J0100+2802 säteilee hyvin voimakkaasti, suuren etäisyyden takia se näkyy taivaalla vain himmeänä valopisteenä. Kvasaarin tutkimiseen käytettiinkin kovan luokan kalustoa eri puolilla maailmaa.

Havaintoja tehtiin 2,4 metrin Lijiang-teleskoopilla Yunnanissa Kiinassa, 6,5-metrisellä MMT:llä (Multiple Mirror Telescope) ja 8,4-metrisellä LBT:llä (Large Binocular Telescope; kuvassa yllä) Arizonassa Yhdysvalloissa, 6,5-metrisellä Magellan-teleskoopilla Las Campanasissa Chilessä ja 8,4-metrisellä pohjoisella Gemini-kaukoputkella Mauna Kealla Havaijilla.

Valovoimaisen kvasaarin jatkotutkimusten toivotaan antavan viitteitä galaksien muotoutumisesta ja kvasaarien kehitysvaiheista sekä supermassiivisten mustien aukkojen synnystä ja niitä ympäröivien galaksien vuorovaikutuksesta hyvin varhaisessa maailmankaikkeudessa.

Tutkimuksesta kerrottiin esimerkiksi LBT-observatorion sivuilla ja tulokset julkaistaan Nature-tiedelehdessä huomenna 26. helmikuuta.