gammapurkaus

Gravitaatioaallot tulivat täältä - tai tuolta

Pe, 02/19/2016 - 15:01 Markus Hotakainen
Gravitaatioaaltojen tulosuunta

Viime viikolla julkistettu LIGO-observatorioiden havainto gravitaatioaalloista kohautti sekä tiedemaailmaa että mediaa.

Päivän kuva

Tällä viikolla uutisoitiin, kuinka "samalla suunnalla" havaittiin vain 0,4 sekuntia myöhemmin voimakas gammapurkaus. Joidenkin arvioiden mukaan havainnot liittyisivät toisiinsa.

Kuvasta voi päätellä, kuinka tarkasti voidaan puhua "samalla suunnalla" esiintyneistä ilmiöistä. Gammapurkauksen havainnut Fermi-avaruusteleskooppi pystyy määrittämään säteilyn tulosuunnan parhaimmillaan asteen kymmenesosien tarkkuudella, mutta LIGO-laitteistoilla tilanne on toinen.

Koko taivasta esittävään kuvaan erivärisin viivoin merkityt alueet kuvastavat todennäköisyyksiä, joilla gravitaatioaallot ovat tulleet kultakin suunnalta. Pinkki viiva rajaa aluetta, jolta signaali on peräisin 90 prosentin todennäköisyydellä ja sisin eli vaaleankeltainen aluetta, jolla todennäköisyys on vain 10 prosenttia.

Gravitaatioaaltojen tulosuunnan määritys perustuu seitsemän millisekunnin aikaeroon, joka oli Louisianassa sijaisevan Livingstonin ja Washingtonissa sijaitsevan Hanfordin observatorioiden havaitsemien signaalien välillä.

Pelkän aikaeron perusteella saatiin laskettua koko taivaan kiertävä rengas, jonka kohdalta aallot tulivat. Kun lisäksi tarkasteltiin signaalien voimakkuuksia ja niissä esiintyneitä vaihteluita, voitiin osa renkaasta eliminoida, jolloin jäljelle jäivät kuvan esittämät alueet.

Jos käytössä olisi ollut kolmas tai mieluummin vielä useampi observatorio, suunta olisi saatu määritettyä huomattavasti tarkemmin. Onneksi uusia havaintolaitteita on jo valmisteilla.

Kuva: LIGO/Axel Mellinger

Magneettikenttä antaa energian maailmankaikkeuden voimakkaimmille räjähdyksille

Ke, 07/08/2015 - 18:32 Markus Hotakainen

Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden voimakkaimpia räjähdyksiä sitten alkuräjähdyksen. Yleensä GRB (Gamma-ray Burst) kestää vain joitakin sekunteja, mutta joskus jopa tunteja. Tällaisia pitkäkestoisia gammapurkauksia on toistaiseksi havaittu vasta neljä. Yksi ongelma purkausten havaitsemisessa on, että gammasäteily kilpistyy Maan ilmakehään, joten havaintolaitteet on lähetettävä avaruuteen.

Joulukuussa 2011 gammapurkausten tutkimiseen suunniteltu Swift-satelliitti havaitsi yhden kaikkien aikojen kirkkaimmista ja samalla pitkäkestoisimmista purkauksista, joka sai tunnuksekseen GRB 111209A. Purkauksen hiljalleen hiipunutta näkyvän valon ja infrapuna-alueen jälkihehkua tarkkailtiin Euroopan eteläisen observatorion ESOn kaukoputkilla sekä La Sillan että Paranalin observatorioissa.

2,2-metrisellä MPG/ESO-kaukoputkella sekä neljästä kahdeksanmetrisestä kaukoputkesta koostuvalla VLT-teleskoopilla tehdyistä havainnoista löydettiin viitteitä supernovasta, elämänsä lopulla räjähtäneesta tähdestä. Se sai puolestaan tunnuksekseen SN 2011kl. 

Supernovien ja lyhyempien gammapurkausten kytkös todettiin jo 2000-luvun alussa, mutta nyt onnistuttiin ensimmäisen kerran havaitsemaan supernovan ja hyvin pitkäkestoisen gammapurkauksen välillä selvä yhteys.

"Pitkäkestoinen gammapurkaus liittyy vain yhteen kymmenestä- tai sadastatuhannesta supernovasta, joten räjähtävän tähden täytyy olla jollain tavalla erikoinen. Tähtitieteilijät ovat olettaneet, että tällaiset purkaukset syntyvät hyvin suurista, jopa 50 kertaa Aurinkoa massiivisemmista tähdistä, ja ne kertovat mustan aukon synnystä. Tekemämme havainnot supernovasta SN 2011kl, joka löytyi gammapurkauksen GRB 111209A jälkeen, muuttavat käsityksiä pitkäkestoisista purkauksista", toteaa tutkimusryhmää johtanut Jochen Greiner Max-Planck-instituutista.

Aiemman teorian mukaan massiivisen tähden luhistuttua viikon verran kestävä näkyvän valon ja infrapuna-alueen säteily syntyy radioaktiivisen nikkeli-56-isotoopin hajoamisessa. Nikkeli puolestaan on syntynyt supernovan huippukuumassa pätsissä. GRB 111209A -purkauksesta tehdyt havainnot osoittavat, että ainakaan tässä tapauksessa selitys ei päde.

Ainoa havaintoihin sopiva vaihtoehto purkauksen energianlähteeksi on magnetar, vinhasti pyörivä neutronitähti, jonka magneettikenttä on vielä paljon voimakkaampi kuin neutronitähdillä yleensä. Siinä missä tyypillisen neutronitähden magneettikentän voimakkuus on noin 100 miljoonaa teslaa, magnetarilla se voi olla jopa 100 miljardia teslaa eli tuhatkertainen. 

Vaikka magnetarit ovat "tavallisten" neutronitähtien tapaan vain parinkymmenen kilometrin läpimittaisia ja niissä on massaa suunnilleen Auringon verran, niiden arvellaan olevan maailmankaikkeuden magneettisimpia kappaleita. Neutronitähtien tiedetään olevan supernovina räjähtäneiden tähtien jäänteitä, mutta nyt saatiin ensimmäistä kertaa suora havainto supernovan ja magnetarin välisestä yhteydestä. 

"Uudet tulokset ovat todisteena odottamattomasta kytköksestä gammapurkausten, hyvin kirkkaiden supernovien ja magnetarien välillä. Niiden yhteyttä on ounasteltu teoreettisin perustein jo joidenkin vuosien ajan, mutta kaiken linkittyminen yhteen on jännittävää", lisää tutkimusryhmään kuulunut Paolo Mazzali.

Tutkimuksesta kerrottiin Euroopan eteläisen observatorion uutissivuilla ja se ilmestyy Nature-tiedelehdessä 9. heinäkuuta.

Kuva: ESO