pallomaiset tähtijoukot

Tiheät tähtijoukot tehtailevat mustia kaksoisaukkoja

To, 07/30/2015 - 16:49 Markus Hotakainen

Kahden mustan aukon sulautuminen yhdeksi on ilmiö, jonka havaitseminen kiinnostaisi kovasti tähtitieteilijöitä. Ongelmana on, että tapahtuma ei säteile lainkaan – paitsi gravitaatioaaltoja. Niitä sinkoaa avaruuteen sitäkin enemmän ja sitäkin suuremmalla energialla, mutta toistaiseksi käytössä ei ole mittalaitteita, joilla gravitaatioaaltoja pystyttäisiin havaitsemaan suoraan.

Tilanteen odotetaan lähiaikoina muuttuvan, sillä Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) aloittaa toimintansa loppuvuodesta. Se parantaa Louisianan ja Washingtonin osavaltioissa sijaitsevien LIGO-observatorioiden herkkyyden kymmenkertaiseksi. 

Kun observatorioiden välinen etäisyys on hieman yli 3 000 kilometriä, niiden – toivottavasti – havaitsemien aaltojen saapumisajoissa on pieni ero. Sillä perusteella pystytään määrittämään kohteen suunta.

Frederic Rasion johtaman tutkijaryhmän laatiman mallin mukaan pallomaisissa tähtijoukoissa syntyy runsaasti mustia kaksoisaukkoja, jotka kiertävät toisiaan hyvin lähekkäin. Ennemmin tai myöhemmin ne sulautuvat yhteen ja lähettävät avaruuteen gravitaatioaaltojen ryöpyn. 

Jos ja tutkijoiden mukaan kun gravitaatioaaltoja onnistutaan vihdoin vastaanottamaan, tuoreen tutkimuksen mukaan mustien aukkojen törmäyksiä havaitaan viisi kertaa enemmän kuin aiemmin on arvioitu.

Tutkijat mallinsivat tietokoneella mustien kaksoisaukkojen syntyä pallomaisten tähtijoukkojen tiheillä keskusalueilla. Näyttää siltä, että elinaikanaan, joka on yli 10 miljardia vuotta, tiheä tähtijoukko voi tuottaa satoja yhteensulautuneita aukkoja.

Vertailemalla malleja tuoreisiin havaintoihin sekä Linnunradan että muiden galaksien pallomaisista tähtijoukoista tutkijat ovat päätelleet, että seuraavan sukupolven gravitaatioaalto-observatorioilla pystytään "näkemään" yli sata mustien aukkojen yhteensulautumista vuosittain.

Mustien aukkojen tehtailusta kerrottiin Northwestern Universityn uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -tiedelehdessä.

Kuva: ESO/D. Minniti/VVV Team

Kuinka galaksi punnitaan?

Ma, 06/08/2015 - 11:29 Markus Hotakainen

Linnunrata, oma kotigalaksimme, on melkoisen iso tähtijärjestelmä, melkein yhtä iso kuin otsikkokuvan Andromedan galaksi. Ongelma on, että tutkijat eivät ole tienneet kovinkaan tarkasti, kuinka iso se oikein on. Läpimittaa Linnunradalla on noin 150 000 valovuotta, mutta massa-arviot vaihtelevat kertoimella neljä. 

Punnitsemisen tekee hankalaksi se, että asustamme Linnunradan sisällä, yhden kierteishaaran laidalla. Siksi näemme galaksin koko taivaan kiertävänä nauhana. Olemme lisäksi lähellä Linnunradan tasoa, joten tähtienvälinen pöly peittää näkymiä hyvin tehokkaasti.

Columbia-yliopiston tähtitieteilijän Andreas Küpperin johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on nyt määrittänyt Linnunradan massan huomattavasti aiempaa tarkemmin tekemällä havaintoja Linnunradan ulkopuolella olevista tähdistä.

Galakseilla on yleensä kavereinaan pallomaisia tähtijoukkoja, ikivanhoja muodostelmia, joissa on tähtiä sadoistatuhansista jopa miljooniin. Ne ovat hyvin pysyviä tähtikasaumia, joilla voi olla ikää yli 10 miljardia vuotta.

Pallomaiset tähtijoukot eivät kuitenkaan pysyttele avaruudessa paikallaan, vaan ne kiertävät emogalaksiaan gravitaatiolain mukaisesti. Ja jos joukko päätyy liian lähelle galaksia, se alkaa hiljalleen hajota samaan tapaan kuin liian lähelle planeettaa joutuva kuu.

Turvallisella etäisyydellä vetovoima vaikuttaa tasaisesti koko kuuhun – tai tähtijoukkoon – mutta tietyn rajan sisäpuolella se alkaa kiskoa voimallisemmin kiertolaisen etupuolta. 

Vähitellen nämä vuorovesivoimat muuttavat kuun tai tähtijoukon muotoa yhä enemmän ja lopulta se hajoaa kokonaan. Kuun tapauksessa kivenkappaleiksi ja pölyksi, pallomaisen tähtijoukon kohdalla yksittäisten tähtien muodostamaksi "virraksi", joka jää kiertämään galaksia.

Uusi tutkimus perustuu Sloan Digital Sky Survey -luetteloon, joka pohjautuu vuosikymmenen kestäneeseen pohjoisen tähtitaivaan kartoitukseen. Tarkastelun kohteena oli korkealla Linnunradan tason yläpuolella sijaitseva Palomar 5 -niminen pallomainen tähtijoukko ja siitä hiljalleen irronnut tähtien virta.

Tarkan kartoituksen ansiosta tutkijat huomasivat, että tähtivirrassa on tihentymiä, jotka ovat liian säännöllisiä ollakseen tähtien satunnaisten liikkeiden aiheuttamia. Ne johtuvat Linnunradan vetovoimasta. 

Columbia-yliopiston Yeti-supertietokoneen avulla tutkijat laskivat miljoonia malleja tähtivirran muodolle Linnunradan gravitaatiokentässä. Kun niitä verrattiin havaintoihin, voitiin laskea, kuinka suuri massa tarvitaan aiheuttamaan virrassa näkyvät tihentymät.

Uuden punnituksen mukaan Linnunradassa on 60 000 valovuoden mittaisen säteen sisällä 210 miljardin Auringon verran massaa. Tarkkuus on kasvanut huimasti aiemmista arvioista: epätarkkuuskerroin on enää 0,2. Linnunradan massa tunnetaan nyt siis 20 prosentin tarkkuudella.  

Tarkkuutta on tarkoitus vielä parantaa laajentamalla tutkimus muihin Palomar 5 -joukon tähtivirtaa muistuttaviin rakenteisiin. Samalla saadaan määritettyä entistä täsmällisemmin Auringon sijainti Linnunradassa sekä kotigalaksimme suuren mittakaavan rakenne ja koostumus. 

Tutkimuksesta kerrottiin EurekAlert!-sivustolla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Adam Evans/CC BY 2.0