fluoresenssi

Lisävalaistusta "pimeän puolen" galakseihin

To, 05/24/2018 - 14:48 By Markus Hotakainen

Galaksien kehityksessä arvellaan olevan vaihe, jolloin niiden kaasusta ei vielä synny juurikaan tähtiä. Nyt näistä pimeistä galakseista on saatu lisää tietoa.

Jos galaksissa ei ole tähtiä, se ei ihmeemmin säteile. Siksi pimeiden galaksien tutkimus ja ylipäätään löytäminen on hankalaa. Tutkijat ovat tehneet havaintoja kuudesta lupaavasta kandidaatista, joiden toivotaan tuovan lisävalaistusta galaksien kehityksen hämäriin varhaisvaiheisiin.

Arvoituksena on edelleen, miten syntymässä olevan galaksin kaasu muuttuu tähdiksi. Teoreettiset mallit viittaavat siihen, että kaasua kerääntyy ensin suuret määrät yhteen ja tähtien "tuotanto" käynnistyy vasta jonkin ajan kuluttua. Havaintoihin pohjaavia todisteita tästä ei kuitenkaan vielä ole.

Zürichin teknillisen yliopiston professoreiden Raffaella Anna Marinon ja Sebastiano Cantalupon johtama ryhmä on käyttänyt pimeiden galaksien etsinnässä hyväksi kvasaarien lähettämää voimakasta ultraviolettisäteilyä. Se saa aikaan galaksien vetypilvissä fluoresenssia, jonka synnyttämä säteily – ja samalla koko galaksi – on mahdollista havaita.

Samaa konstia on käytetty aikaisemminkin, mutta Marinon ja Cantalupon ryhmä teki etsintöjä kauempana maailmankaikkeudessa sijaitsevien kvasaarien lähettyvillä kuin kertaakaan aiemmin.

Vetykaasun fluoresenssin seurauksena vapautuvan säteilyn aallonpituus on ultraviolettialueella ja siksi se imeytyy tehokkaasti Maan ilmakehään. Hyvin kaukaisista kohteista tulevan säteilyn aallonpituus on kuitenkin venynyt punasiirtymän ansiosta niin paljon, että se pääsee maanpinnalla sijaiseviin havaintolaitteisiin saakka.

Tutkijat tekivät havaintoja kuudesta eri alueesta 10 tunnin ajan kustakin. He löysivät kaikkiaan 200 kohdetta, joista tuli oletuksen mukaista Lyman-alfa-säteilyä. Tarkempi spektritutkimus karsi alustavan listan kuuteen kohteeseen, jotka kaikkein todennäköisimmin ovat pimeitä galakseja.

Kuvassa vasemmalla on yhden mahdollisen pimeän galaksin spektri, keskellä kaasun lähettämä säteily ja oikealla tähtien säteily; punaisella rinkulalla merkityn pimeän galaksin kohdalla tähtiä ei näyttäisi olevan.

Havaintoihin käytettiin VLT-teleskoopin MUSE-instrumenttia (Multi Unit Spectroscopic Explorer), jolla pystytään tekemään laajakaistaisia spektrimittauksia hyvin kaukana sijaitsevista kohteista.

Tutkimuksesta kerrottiin ETH Zurichin uutissivuilla ja se on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: R. A. Marino / MUSE

Uusi FLEX-satelliitti laukaistaan tarkkailemaan kasvillisuuden terveydentilaa

Euroopan avaruusjärjestö suunnittelee maapallon kasvillisuuden terveydentilan seurantaa tarkkailemalla himmeää hohdetta, fluoresenssia, jota kasvit vapauttavat muuntaessaan auringonvaloa ja ilmakehän hiilidioksidia energiaksi.

Kotiplaneettamme kasvillisuuden tilaa ja siihen kohdistuvia rasituksia koskeva tieto on tärkeää, sillä kaiken aikaa kasvava väkiluku asettaa yhä suurempia vaatimuksia ravinnon- ja rehuntuotannolle.

Työteliään valintaprosessin tuloksena päädyttiin satelliittiin, joka on ESAn Earth Explorer -ohjelman kahdeksas tekokuu. Sen laukaisun on määrä tapahtua vuoteen 2022 mennessä.

Samalla kun FLEX-satelliitti eli Fluorescence Explorer välittää tietoa kasvillisuuden tilasta, se auttaa ymmärtämään paremmin hiilen siirtymistä kasvien ja ilmakehän välillä, sekä yhteyttämisen vaikutuksia hiilen ja veden kiertoon.

Ilmakehän hiilidioksidin ja auringonvalon muuntuminen yhteyttämisessä energiapitoisiksi hiilihydraateiksi on yksi Maan elämän perusprosesseista, josta me kaikki olemme riippuvaisia.

Vaikka useimmat ovat kuulleet yhteyttämisestä, se muodostuu äärimmäisen mutkikkaasta tapahtumaketjusta. Kasvi- ja leväsoluissa on kaksi erilaista "aurinkovoimalaa", jotka toimivat perätysten. Ne keräävät auringonvalon energiaa ja tuottavat kemiallista energiaa yhteyttämiseen ja lämmitykseen.

Lisäksi prosessin yhteydessä esiintyy heikkoa fluoresenssia, johon vaikuttavat ympäristöolot ja kasvin terveydentila.

Fluoresenssi ilmenee lähi-infrapuna-alueen säteilynä, joka on lähtöisin kasvin yhteyttämisestä, kun lehtivihreä on imenyt itseensä auringonvaloa. Fluoresenssin voimakkuus kertoo yhteyttämisen tehokkuudesta ja kasvillisuuden terveydentilasta. 

Lentokoneeseen asennettavan HyPlant-instrumentin avulla on osoitettu, että fluoresenssi on mahdollista havaita ilmasta käsin, mikä on lupaavaa ESAn tulevan FLEX-satelliitin kannalta.

Tällä hetkellä yhteyttämistä ei voida tarkkailla avaruudesta käsin, mutta FLEX-satelliitin uudenlaiset ilmaisimet pystyvät havaitsemaan tämän himmeän hohteen.

FLEX-satelliitin kehitystyöhön liittyvällä HyPlant-instrumentilla tarkkailtiin lentokoneesta käsin kasvillisuutta, johon kohdistui ulkoisia paineita. Maanpinnalle levitettiin kaksi siirtonurmikenttää, joista toinen käsiteltiin tavallisella kasvimyrkyllä ja toinen jätettiin käsittelemättä. 

Alla olevassa kuvassa käsitelty alue hohtaa punaisena eli fluoresenssi on voimakkaampaa kuin oikeanpuoleisella, käsittelemättömällä alueella. Tässä tapauksessa voimakkaampi fluoresenssi kertoo siitä, että kasvimyrkky häiritsi kasvien energiajärjestelmää eivätkä ne pystyneet käyttämään auringonvaloa yhteyttämiseen. Jotta kasvit pääsivät eroon ylimääräisestä energiasta, niiden fluoresenssi voimistui.