supermassiivinen musta aukko

Mustia aukkoja, tähtienvälisiä tuulia ja hiipuva tähtitehdas – kosminen perhonen kertoo galaktisesta kolarista

To, 04/19/2018 - 13:13 Markus Hotakainen

NGC 6240 on omituisen näköinen galaksi Käärmeenkantajan tähdistön suunnassa. Coloradon yliopiston tutkijat ovat selvittäneet, mitä 400 miljoonan valovuoden etäisyydellä oikein on tapahtumassa.

Francisco Müller-Sánchezin johdolla tutkitun galaksin keskustassa on normaalin yhden sijasta kaksi supermassiivista mustaa aukkoa. Ja ne ovat törmäämässä pikapuoliin toisiinsa.

Vinhaa vauhtia toisiaan kiertävät mustat aukot sinkoavat avaruuteen kaasua, joka on yhdessä tähdistä puhaltavan tuulen kanssa ajamassa alas galaksin tähtitehdasta: uusia tähtiä ei kohta enää synny.

"Kyseessä on ensimmäinen galaksi, jossa pystymme tarkastelemaan samaan aikaan kahden supermassiivisen mustan aukon aikaansaamaa tuulta ja tähtien synnystä seuraavaa heikosti ionisoituneen kaasun virtausta", Müller-Sánchez sanoo.

NGC 6240 edustaa melko harvinaista galaksien tyyppiä, sillä se on parhaillaan muotoutumassa kahdesta yhteensulautuneesta galaksista. Ilmiössä ei sinänsä ole mitään erikoista, sillä myös Linnunradan arvellaan aikoinaan syntyneen samalla tavalla.

Nyt tutkitun galaksin tekee merkittäväksi se, että prosessi on vielä kesken. Siten se tarjoaa oivan näkymän galaksien kehityksen tärkeään vaiheeseen.

NGC 6240 on muodoltaan hyvin erikoinen, sillä toisin kuin Linnunrata, joka on rakenteeltaan tyypillinen sauvaspiraaligalaksi, "perhosgalaksin" keskustasta ulottuu kaasukielekkeitä kymmenientuhansien valovuosien etäisyydelle galaksienväliseen avaruuteen.

Coloradon yliopiston tutkijaryhmä teki galaksista havaintoja Hubble-avaruusteleskoopilla, Chilessä sijaitsevalla VLT-teleskoopilla ja New Mexicossa sijaitsevalla Apache Pointin observatorion teleskoopilla.

"Kolmella teleskoopilla koottujen tietojen avulla määritimme galaksin kaasuvirtausten sijainnit ja nopeudet", Rebecca Nevin kertoo. "Sen ansiosta pystyimme erottamaan kaksi eri tuulta – toinen on lähtöisin kahdesta supermassiivisesta mustasta aukosta, toinen tähtien syntyalueelta."

Havaintojen perusteella galaksin muotoa on muokannut kaksi eri tekijää. Perhoshahmon toinen ”siipi” on syntynyt voimakkaiden tähtituulien puhaltamana, kun toinen on muodostunut mustien aukkojen sinkoamasta kaasusta.

Tuulet puhaltavat kaasua vuodessa noin sadan Auringon massan verran ulos galaksista, mikä on valtaisa määrä verrattuna tähtien syntytahtiin sen keskusalueilla.

Moinen kaasuvajaus vaikuttaa galaksien kehitykseen. Yleensä kahden galaksin törmäys saa aikaan kiivaan tähtien syntyprosessin, mutta galaksista puhaltavat tuulet voivat hidastaa sitä huomattavasti: kaasua ei riitä pitkään uusien tähtien muodostumiseen.

NGC 6240 on juuri nyt tässä kehitysvaiheessa. Siinä muodostuu vielä toistaiseksi tähtiä tiuhaan tahtiin, mutta ennen pitkää galaksin aktiivinen vaihe päättyy ja siitä tulee Linnunrataa muistuttava seestyneen rauhallinen galaksi.

Tutkimuksesta kerrottiin Coloradon yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Nature-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: NASA/ESA/Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, & A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

Magneettikenttä paljastaa – musta aukko vispaa Linnunradan keskuksen kaasua ja pölyä

Ke, 02/21/2018 - 17:25 Markus Hotakainen

Kanarian saarilla voi tehdä muutakin kuin loikoilla ja ottaa aurinkoa. Siellä onnistuu esimerkiksi Linnunradan keskusalueiden tutkimus ennätyksellisen tarkasti.

Oxfordin yliopiston professorin Pat Rochen johdolla on laadittu huippuluokan "kartta" kotigalaksimme keskuksessa piileskelevän mustan aukon lähiympäristössä kieppuvista kaasu- ja pölypilvistä sekä tähdistä.

Linnunradan keskusalueilla tähtien on todettu kiitävän jopa 30 miljoonan kilometrin tuntinopeudella, mistä on pystytty laskemaan mustan aukon massan olevan yli miljoonakertainen Aurinkoon verrattuna.

Kartoitukseen käytettiin La Palman saarella sijaitsevaa 10,4-metristä GTC-kaukoputkea (Gran Telescopio Canarias) ja siihen kytkettyä CanariCam-infrapunakameraa. Sen toiminta-alue on 7,5–25 mikronin aallonpituuksilla ja sillä pystytään tutkimaan myös magneettikenttien ominaisuuksia säteilyn polarisaation perusteella.

Näkyvän valon alueella Linnunradan keskuksen tutkimus ei onnistu laisinkaan, sillä se on Maasta katsottuna tiheiden tähtienvälisten kaasu- ja pölypilvien takana. Infrapuna-alueella, samoin kuin radio- ja röntgenalueilla, havainnot kuitenkin onnistuvat.

Uusi infrapuna-alueen kartta kattaa alueen, joka ulottuu joka suunnassa noin valovuoden etäisyydelle mustasta aukosta. Kuvassa erottuvat siveltimenvetoja muistuttavat juovat syntyvät magneettikenttien myötäisesti liikkuvien lämpimien pölyhiukkasten ja kuuman kaasun säteilystä.

Valovuosien mittaiset säikeet kiertävät mustaa aukkoa, mikä kertoo kaasun ja pölyn liikkeistä sen lähiympäristössä. Magneettikenttä näyttää yhdistävän myös alueella olevia tähtiä.

Kentän voimakkuudesta on osoituksena se, että kaasun ja pölyn muodostamat säikeet säilyttävät muotonsa, vaikka niihin puhaltaa kaiken aikaa voimakas tähtituuli. Tosin osa aineesta päätyy ennen pitkää mustan aukon syövereihin.

Toistaiseksi ei tiedetä, mistä Linnunradan keskusalueen magneettikenttä saa alkunsa, mutta todennäköisesti sen ominaisuuksiin vaikuttaa vahvasti supermassiivinen musta aukko. Kun kenttä on kytkeytynyt kaasuun ja pölyyn sekä tähtiin, ja kaikkien niiden liikkeeseen vaikuttaa valtaisa gravitaatio, mustalla aukolla on oma osuutensa myös magneettikentän muotoutumisessa.

Kartoituksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivulla ja tutkimus on ilmestynyt Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedejulkaisussa.

Kuva: E. Lopez-Rodriguez/NASA Ames/University of Texas at San Antonio. 

Musta aukko on kääräissyt kaasusta ja pölystä ympärilleen pyörivän donitsin

Ke, 02/14/2018 - 20:16 Markus Hotakainen

Chilessä Atacaman autiomaassa sijaitsevalla ALMA-teleskooppikompleksilla (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on tehty huipputarkkoja havaintoja supermassiivisesta mustasta aukosta. Tai siis sen lähiympäristöstä.

Valaskalan tähdistön suunnassa noin 47 miljoonan valovuoden etäisyydellä sijaitsevan Messier 77 -galaksin keskuksessa on 10–15 miljoonan Auringon massainen musta aukko. Nyt sen ympärillä on "nähty" tiheä kaasu- ja pölyrengas, joka pyörii vinhasti.

Supermassiivisilla mustilla aukoilla on jo pitkään arveltu olevan ympärillään tällaisia rakenteita, mutta nyt sellaisesta onnistuttiin tekemään ensimmäisen kerran tarkkoja havaintoja. Varsinaista valokuvaa donitsista ei saatu, sillä havainnot tehtiin radioaallonpituuksilla.

Jokseenkin kaikkien galaksien keskuksessa lymyilee supermassiivinen musta aukko. Mustan aukon massan tiedetään noudattelevan galaksin massaa varsin suoraviivaisesti eli mitä suurempi galaksi, sitä massiivisempi musta aukko.

Ongelmana on kuitenkin se, että mustien aukkojen ja galaksien kokoero on hyvin suuri: kerroin on noin 10 miljardia. Tutkijoiden on vaikea selittää, miten niin erikokoiset "kappaleet" voivat vaikuttaa suoraan toisiinsa.

M77 tarjoaa oivan kohteen tällaisen vuorovaikutuksen tarkastelulle, sillä sen keskusalue on luokiteltu "aktiiviseksi galaksinytimeksi" (active galactic nucleus eli AGN). Mustaan aukkoon syöksyy kaiken aikaa ainetta, joka ennen katoamistaan kosmiseen nieluun säteilee voimakkaasti.

 

Masatoshi Imanishin johtama ryhmä teki ALMA-teleskoopilla havaintoja mustan aukon ympäristöstä ja sai muodostettua kuvan kaasu- ja pölypilvistä. Mikä tärkeintä, havainnot paljastivat myös munkkirinkilää muistuttavan pilven pyörimisliikkeen, joka vastaa teorioiden ennustetta.

"Tähtitieteilijät ovat olettaneet aktiivisten galaksinydinten havaittujen ominaisuuksien perusteella, että supermassiivisen mustan aukon ympärillä on pölyn ja kaasun muodostama pyörivä donitsimainen rakenne", Imanishi kertoo. "Se on kooltaan hyvin pieni, mutta ALMAn huippuerotuskyvyllä onnistuimme vihdoin erottamaan renkaan."

Havaintoja tehtiin sekä syaanivedyn (HCN) että formyyli-ionin (HCO+) lähettämän mikroaaltosäteilyn aallonpituuksilla. Sitä syntyy ainoastaan tiheässä kaasussa, jollaisesta mustan aukon donitsin arveltiin koostuvan.

Oletus piti kutinsa. Havaintojen perusteella saatiin määritettyä noin 40 valovuoden läpimittaisen renkaan rakenteen lisäksi doppler-ilmiön perusteella sen pyörimisliike. Pikkukuvassa punaisena erottuva alue etääntyy meistä ja sinisenä erottuva alue lähestyy meitä.

Donitsin pyörimisliike ei kuitenkaan ole säännöllistä, joten galaksin keskusalueilla on jossakin vaiheessa tapahtunut rajuja mullistuksia. Yksi mahdollisuus on, että M77 on jossain vaiheessa törmännyt ja sulautunut yhteen pienemmän galaksin kanssa.

Donitsista kerrottiin ALMA-teleskoopin uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Imanishi et al./NASA/ESA Hubble Space Telescope/A. van der Hoeven

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

Mustat aukot sysivät ainetta universumin tyhjiin onkaloihin

To, 02/25/2016 - 08:37 Markus Hotakainen
Kosmista "saippuavaahtoa"

Maailmankaikkeus muistuttaa rakenteeltaan saippuavaahtoa. Galaksit ja niiden muodostamat joukot ovat ryhmittyneet valtaviksi rihmoiksi ja seinämiksi, joiden välit ovat tyhjää täynnä. Tai niin on kuviteltu.

Uuden tutkimuksen mukaan vaahdossa olevia "kuplia" vastaavilla tyhjinä  pidetyillä alueilla onkin paljon ainetta, jopa viidennes kaikesta maailmankaikkeuden "tavallisesta" eli näkyvästä aineesta. Galaksien osuus universumin ainesisällöstä olisikin ainoastaan 1/500.   

Nykykäsityksen mukaan tätä tavallista ainetta olisi koko maailmankaikkeudesta ainoastaan 4,9 prosenttia, kun pimeän aineen osuus olisi 26,8 prosenttia ja pimeän energian, joka saa maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymään, 68,3 prosenttia.

Markus Haiderin johtama ryhmä on tarkastellut maailmankaikkeuden rakennetta sekä massan jakaumaa Illustris-simulaatiolla, jossa lasketaan suurella tarkkuudella galaksien syntyä ja kehitystä.

Simulaatio kuvaa kuutionmuotoista avaruuden aluetta, jonka yhdellä sivulla on mittaa noin 350 miljoonaa valovuotta. Alkupisteenä on 12 miljoonan vuoden ikäinen maailmankaikkeus, jonka massan – sekä tavallisen että pimeän aineen – ja gravitaation vuorovaikutusta seurataan laskennallisesti tähän päivään saakka.

Tutkijoiden mukaan noin puolet maailmankaikkeuden kokonaismassasta on alueilla, joille galaksit sijoittuvat, mutta ne muodostavat kokonaistilavuudesta ainoastaan 0,2 prosenttia. 44 prosenttia massasta on galakseja ympäröivien rihmojen verkostossa. 

Universumin tyhjät onkalot vievät kokonaistilavuudesta peräti 80 prosenttia, mutta niissä olevan massan osuus on ainoastaan kuusi prosenttia. Yllätys oli se, että tavallisesta aineesta jopa viidennes, noin 20 prosenttia, on kulkeutunut näihin tyhjinä pidettyihin onkaloihin. 

Syypäänä tähän kosmiseen "siivoukseen" pidetään supermassiivisia mustia aukkoja, jotka piileskelevät galaksien keskustoissa. Osa niihin syöksyvästä aineesta muuttuu energiaksi, joka saa ympäröivän kaasun kiivaaseen liikkeeseen.

Ainevirtaukset ulottuvat satojentuhansien valovuosien etäisyydelle mustista aukoista eli kauas galaksien ulkopuolelle. Lopulta kaasu päätyy galaksijoukkojen välillä oleviin onkaloihin, piiloon maailmankaikkeuden rakennetta selvitteleviltä tutkijoilta. 

Ongelmana on se, että onkaloihin kertynyt aine on hyvin harvaa ja äärimmäisen kylmää, joten se ei juurikaan säteile. Siksi sitä on hyvin vaikea havaita. Eikä sitä nytkään ole siis havaittu: arviot aineen määrästä perustuvat ainoastaan tietokonesimulaatioon.

Tutkimuksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu seuran Monthly Notices -tiedelehdessä.

Kuva: Markus Haider/Illustris collaboration

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]

Huipputarkka kuva kahdeksan kertaa Maata suuremmalla teleskoopilla

Ti, 01/26/2016 - 20:46 Markus Hotakainen
BL Lacertae radiokuvassa

Mitä saadaan, kun yhdistetään 15 maanpäällistä radioteleskooppia ja yli 100 000 kilometrin etäisyydellä sijaitseva tutkimussatelliitti? 

Kaikkien aikojen tarkin tähtitieteellinen kuva.

 

Havainnot tehtiin yhdeksällä Yhdysvalloissa sijaitsevalla VLBA-antennilla (Very Long Baseline Array), kuudella eurooppalaisella radioteleskoopilla sekä venäläisellä RadioAstron-satelliitilla, jossa on kymmenmetrinen lautasantenni.

Kun havainnot yhdistettiin, saatiin järjestelmän erotuskyky vastaamaan 101 000 kilometrin läpimittaista radioteleskooppia.

Kohteena oli BL Lacertae -galaksi, jonka keskustassa on supermassiivinen musta aukko. Siitä sinkoutuu avaruuteen suihku, jonka hiukkaset etenevät lähes valon nopeudella. Ne säteilevät voimakkaasti radioalueella. 

 

Suihkun pituus on samaa luokkaa kuin Oortin pilven läpimitta, joten se mahtuisi omaan Aurinkokuntaamme. Kun BL Lacertaen etäisyys on noin 900 miljoonaa valovuotta, kuvan tarkkuus vastaa 50 sentin kolikon erottamista Kuun pinnalta.

Huipputarkasta kuvasta kerrottiin NRAO:n (National Radio Astronomy Observatory) uutissivuilla.

Kuvat: Gomez, et al./Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF [otsikkokuva]; Gomez, et al./A. Lobanov

 

Musta aukko leimahtelee

Ke, 10/28/2015 - 12:29 Markus Hotakainen
Mustan aukon flare-purkaus

Nimensä mukaisesti mustat aukot eivät säteile – paitsi hiukkasista koostuvaa Hawkingin säteilyä – joten kuinka ihmeessä musta aukko voi leimahdella?

Mustien aukkojen lähettyviltä tuleva, usein röntgenalueen säteily ei sinänsä ole mikään ihme. Jos aukolla on ahmittavaa, sen ympärille muodostuu kertymäkiekko, samantapainen pyörre kuin pesualtaasta katoavaan veteen. 

Juuri ennen joutumistaan mustan aukon kitaan aine kuumenee niin paljon, että se säteilee voimakkaasti röntgenalueella. Ilmiö on tuttu sekä tähdenmassaisilta että galaksien keskustoissa lymyäviltä supermassiivisilta mustilta aukoilta. 

NASAn Swift- ja NuSTAR-avaruusteleskoopeilla (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) on nyt tehty havaintoja jättimäisestä röntgenpurkauksesta, joka on saanut tutkijat ymmälleen. 

Näyttää siltä, että mustissa aukoissa voi tapahtua flare-purkauksia, jollaisia havaitaan myös Auringossa. Vaikka ilmiön taustalla olevassa fysiikassa on eroja, mustan aukon flaret liittyvät sen lähistöllä olevaan koronaan siinä missä Auringon flare-purkauksilla on kytkentä päivätähtemme koronan ominaisuuksiin.

Mustan aukon korona ei kuitenkaan ole samanlainen "kehä" kuin Auringon korona, vaan muodostuu hyvin energisten  hiukkasten tihentymistä. Havaintojen mukaan voimakkaat röntgenalueen purkaukset ovat seurausta siitä, että musta aukko sinkoaa tällaisen tihentymän suurella nopeudella kauemmas avaruuteen.

"Olemme pystyneet ensimmäisen kerran kytkemään toisiinsa koronan 'laukaisun' ja flare-purkauksen", toteaa tutkimusryhmään kuulunut Dan Wilkins. "Se auttaa meitä ymmärtämään, miten supermassiiviset mustat aukot synnyttävät maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita."

Mustien aukkojen koronat on vielä huonosti tunnettuja. Niiden arvellaan sijaitsevan joko aukon pyörimisakselin suuntaisesti sen molemmin puolin tai sitten ne ovat sirottuneet laajemmalle alueelle. 

Jälkimmäisessä tapauksessakin on kaksi vaihtoehtoa: koronat voivat muodostaa mustaa aukkoa ympäröivän pilven tai kertymäkiekon ylä- ja alapuolella olevat ”levyt”. On myös mahdollista, että koronamuodostelma muuttaa muotoaan pitkulaisesta pilvenomaiseksi ja takaisin.

Tuoreet havainnot viittaavat siihen, että koronat asettuisivat mustan aukon pyörimisakselille. Swift-teleskoopilla havaittiin voimakas röntgen- ja gamma-alueen purkaus Markarian 335 -nimisestä galaksista. 

Kohde sijaitsee 324 miljoonan valovuoden etäisyydellä Pegasuksen tähdistön suunnassa. Aiemmin se oli yksi taivaan kirkkaimmista röntgenalueen lähteistä.

"Vuonna 2007 tapahtui jotain hyvin outoa, sillä Mrk 335 himmeni kertoimella 30. Olemme nähneet, että siinä tapahtuu edelleen flare-purkauksia, mutta kirkkaus ei ole kasvanut ennalleen", ihmettelee tutkimuksessa mukana ollut Luigi Gallo.

 

 

Syyskuussa 2014 Swift-teleskoopilla havaittiin Mrk 335 -kohteessa valtaisa purkaus. Sitä alettiin seurata myös NuSTAR-teleskoopilla, jolla saatiin havaintoja purkauksen loppuvaiheista. Kun kerättyä tietoa analysoitiin, tutkijat päätyivät siihen, että kohteesta oli singonnut korona, joka sitten oli luhistunut kasaan.

"Korona kulkeutui ensin lähemmäs mustaa aukkoa ja sinkoutui sitten ylöspäin suihkun lailla", Wilkins kertoo. "Emme edelleenkään tiedä, miten mustien aukkojen ainesuihkut syntyvät, mutta jännittävä mahdollisuus on, että tässä tapauksessa korona oli muodostamassa suihkun alkupistettä ennen kuin se luhistui."

Korona liikkui hyvin vauhdikkaasti, sillä havaintojen mukaan sen nopeus oli jopa 20 prosenttia valon nopeudesta, siis noin 60 000 kilometriä sekunnissa. Jos korona sattuu tulemaan meitä kohti, sen lähettämä säteily näyttää suhteellisuusteorian mukaisesti voimistuvan – eli mustan aukon lähistöllä havaitaan voimakas flare-purkaus.

Tutkimuksesta kerrottiin JPL:n (Jet Propulsion Laboratory) uutissivuilla ja se julkaistaan Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/JPL-Caltech

 

Einsteinin rengas paljasti kaukaisen galaksin massan

Ke, 09/30/2015 - 21:20 Markus Hotakainen
Einsteinin rengas

Massiivisen kohteen vetovoima muuttaa valonsäteiden kulkusuuntaa. Jos kolme taivaankappaletta sattuu täsmälleen samalle linjalle, väliin jäävä kappale saa aikaan niin sanotun Einsteinin renkaan: taaempana olevasta kohteesta tuleva säteily "kiertää" etualan kohteen joka puolelta siten, että sen ympärille näyttää muodostuvan rengas. Nimi tulee siitä, että valon taipumisen vetovoimakentässä ennusti Albert Einstein suhteellisuusteoriassaan.

Vesikäärmeen tähdistön suunnassa näkyvä SDP.81 on juuri tällainen gravitaatiolinssi. Etäisempi galaksi on 12 miljardin valovuoden etäisyydellä ja ”linssinä” toimivaan galaksiin on matkaa noin neljä miljardia valovuotta. Kauempana olevassa galaksissa on runsaasti pölyä, jota vastasyntyneet tähdet kuumentavat, joten se säteilee voimakkaasti ALMA-radioteleskoopilla tehdyissä alimillimetrialueen havainnoissa (kuvassa oranssina näkyvä rinkula).

 

 

Gravitaatiolinssin muodostamaa kuvaa tutkimalla saadaan tietoa paitsi kaukaisesta galaksista, myös lähempänä olevasta kohteesta. Kun huipputarkkoja havaintoja analysoitiin, Einsteinin renkaan keskellä oleva kaukaisen galaksin kuvajainen osoittautui hyvin himmeäksi. 

Kuvajaisen kirkkaus puolestaan riippuu etualalla olevan galaksin ja etenkin sen keskuksessa piileskelevän supermassiivisen mustan aukon massasta: mitä suurempi massa, sitä himmeämpi kuvajainen. Galaksin massaksi saatiin tällä perusteella laskettua yli 350 miljardia Auringon massaa ja mustan aukon massaksi yli 300 miljoonaa Auringon massaa.

"Olemme pystyneet määrittämään suoraan ainoastaan hyvin läheisten galaksien massat. ALMAn herkkyyden ansiosta voimme nyt etsiä linssien keskellä olevia kuvajaisia, joiden avulla voimme määrittää paljon kaukaisempien kohteiden massoja", arvioi tutkimusta johtanut Kenneth Wong. "Se puolestaan auttaa ymmärtämään mustien aukkojen vuorovaikutusta galaksiensa kanssa ja niiden kasvua aikaa myöten."

Chilessä sijaitseva ALMA eli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array on maailman suurin radioteleskooppijärjestelmä. Se rakentuu 54:stä 12-metrisestä antennista ja 12:sta seitsenmetrisestä antennista, joilla päästään huikeaan 0,01 kaarisekunnin erotuskykyyn.

Einsteinin renkaasta kerrottiin Taiwanin Academia Sinican uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuvat: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (The University of Tokyo)/Mark Swinbank (Durham University) [Hubble ja ALMA] // ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton NRAO/AUI/NSF [oranssi rengas]

 

RGG 118 ja avaruuden pikkujättiläinen

Ke, 08/12/2015 - 12:51 Markus Hotakainen
Pieni supermassiivinen musta aukko

340 miljoonan valovuoden etäisyydellä sijaitsevassa kääpiögalaksissa on monien muiden tähtijärjestelmien tapaan supermassiivinen musta aukko. Michiganin yliopiston tähtitieteilijöiden tekemien havaintojen mukaan se ei kuitenkaan ole erityisen "super" eikä "massiivinen", vaan lajissaan pienin tunnettu.

Yleensä galaksien keskustoissa lymyävät mustat aukot ovat massaltaan miljoonia tai miljardeja kertoja Aurinkoa massiivisempia. RGG 118 -kääpiögalaksin keskuskurimuksella on massaa vain 50 000 kertaa enemmän kuin Auringolla.

RGG 118 on itsekin niin pieni, ettei se todennäköisesti ole koskaan sulautunut toisten galaksien kanssa. Suurempien galaksien sen sijaan arvellaan muodostuneen törmäysten seurauksena.

"Tällaiset pikkugalaksit antavat käsityksen varhaisen maailmankaikkeuden galakseista", sanoo Vivienne Baldassare Michiganin yliopistosta. "Esimerkiksi Linnunradan tapauksessa emme tiedä, millainen se oli nuoruudessaan."

Kääpiögalaksista tehtiin havaintoja sekä Chandra-röntgenavaruusteleskoopilla että Chilessä sijaitsevalla 6,5-metrisellä Clay-teleskoopilla. Jälkimmäisellä selvitettiin mustan aukon massa tarkkailemalla galaksin keskuksessa olevan kaasun liikkeitä. Röntgenalueen havainnot puolestaan kertoivat aukkoon syöksyvän aineen määrän.

"Löytämämme musta aukko on aktiivinen ja röntgenhavaintojen perusteella se näyttää ahmivan ainetta samaan tahtiin kuin paljon massiivisempien galaksien aktiiviset aukot", Baldassare toteaa.
 
"Pieni supermassiivinen musta aukko käyttäytyy samalla tavalla kuin isommat, joissakin tapauksissa hyvin paljon isommat, serkkunsa", tutkijaryhmään kuulunut Amy Reines arvioi. "Se kertoo meille, että mustat aukot kasvavat samalla tavalla koosta riippumatta."
 
Toistaiseksi tähtitieteilijät eivät kuitenkaan tiedä, miten supermassiiviset mustat aukot muodostuvat. Yhden hypoteesin mukaan ne saavat alkunsa jättimäisistä kaasupilvistä, toisen mukaan noin sata kertaa Aurinkoa massiivisemmista tähdistä.
 
RGG 118 -kääpiögalaksin mustaa aukkoa tutkimalla saadaan kenties viitteitä siitä, kumpi teoria on oikea.

Pikkujättiläisestä kerrottiin Michiganin yliopiston uutissivuilla ja Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä.

Kuvat: Chandra X-ray Observatory (otsikkokuva), Vivienne Baldassare/University of Michigan