punainen jättiläinen

Tarkin kuva jättiläistähdestä - lähikuvassa supernovaksi valmistautuva Betelgeuze

To, 06/29/2017 - 06:16 Jarmo Korteniemi
Kuva: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / E. O’Gorman / P. Kervella

Betelgeuze on eräs tähtitaivaan kirkkaimmista tähdistä. Nyt se on nähty uusin silmin, kun tutkijat ALMA-observatoriolla nappasivat siitä ennennäkemättömän tarkan kuvan.

Tutkijat ovat ottaneet huipputarkan kuvan jättimäisestä Betelgeuze-tähdestä. Kuva kertoo lämpötilaeroista tähden kaasukehässä.

Maasta katsottuna Betelgeuzen näennäinen läpimitta on noin 0,05 kulmasekuntia, ja kuvan erotuskyky on noin 0,014 kulmasekuntia. Tähden kiekko näkyy kuvassa siis varsin sumeana, eikä siitä erotu kovin pieniä yksityiskohtia.

Kuvasta erottuu kuitenkin kaksi jättimäistä poikkeuksellista aluetta. Kumpikin on pyöreästi oman Aurinkokuntamme sisäosien kokoinen. Valkoisena erottuva alue on noin tuhat astetta ympäröivää tähden pintaa kuumempi, ja tähden reunalta kurottuu vasemmalle toinen hieman haaleampi lämpötilapiikki. Tutkijoiden mukaan näitä alueita lämmittää epätavallisen runsas magneettinen aktiivisuus, jota ajavat jättiläismäiset konvektiosolut tähden fotosfäärissä.

Betelgeuzen riehuminen on ennenkin ollut komeaa seurattavaa. Vuonna 2009 sen havaittiin puskeneen avaruuteen kaasupilven, joka ulottuisi omassa aurinkokunnassamme Auringosta lähes Neptunuksen radalle asti.

Punahehkuinen tyhjiö

Betelgeuze on kuuluisa, sillä se on eräs suurimpia tunnettuja tähtiä ja varsin lähellä Aurinkoa. Se myös löytyy taivaalta helposti: selvästi punertava Betelgeuze on Orionin tähdistön toiseksi kirkkain ja koko tähtitaivaan yhdeksänneksi kirkkain tähti.

Vaikka Betelgeuze on yksi taivaan kirkkaimmista tähdistä ja sitä on tutkittu pitkään ja hartaasti, monia sen perusominaisuuksiakaan ei vieläkään tunneta kovin tarkkaan. Sen esimerkiksi kerrotaan olevan noin 650 valovuoden päässä Auringosta, vaikka mittausten virheraja onkin 150 valovuotta.

Betelgeuze on erittäin harvaa ainetta, minkä vuoksi tähteä kutsutaankin joskus "punahehkuiseksi tyhjiöksi". Sata metriä kanttiinsa oleva kuutio "keskimääräistä Betelgeuzea" olisi massaltaan vain alle 100 kilogrammaa. Saman kokoinen palanen "keskimääräistä Aurinkoa" painaisi lähes 1,5 miljardia kiloa, ja vastaava ilmakuutiokin yli 1,2 miljoonaa kiloa.

Betelgeuzen massan arvioidaan olevan Aurinkoon verrattuna 15–23 -kertainen. Sen halkaisija taas on vajaat 900 kertaa Aurinkoa suurempi (plusmiinus 200 Aurinkoa).

Betelgeuze on nuori, vain 8–8,5 miljoonan vuoden ikäinen tähti. Suuren kokonsa vuoksi sen kehitys on kuitenkin erittäin nopeaa ja väkivaltaista, ja lähentelee loppuaan. Se on punainen (yli)jättiläistähti, jonka odotetaan räjähtävän supernovana todennäköisesti lähimmän 100 000 vuoden aikana. Hetkeä on kuitenkin mahdotonta ennustaa tarkalleen edes kymmenien tuhansien vuosien tarkkuudella. Kun fotonit supernovasta joskus viimein saavuttavat Maan, tapahtuma tulee näkymään selvästi päivätaivaallakin. Nykytiedon valossa supernova tuskin aiheuttaa Aurinkokunnassamme juuri minkäänlaista vaaraa.

Kuva Betelgeuzesta otettiin Chilessä sijaitsevalla ALMA-radioteleskooppiryhmällä. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) on kansainvälinen projekti ja on ollut toiminnassa vuodesta 2013 asti. Tämä oli ensimmäinen kerta kun ALMAlla on kuvattu minkään tähden pintaa.

Tutkimuksessa mitattiin kaasun lämpötiloja lähellä tähteä. Alueella havaittiin tapahtuvan selvää lämpötilainversioita: Tähden pinnalta ylöspäin noustessa kuumuus hellittää pian lähes tuhannella asteella (3400 °C → 2500 °C) kunnes palaa vieläkin korkeammalla takaisin lähes pinnan kuumuuteen (3300 °C). Havainto tukee aiempia mallinnuksia viileiden jättiläistähtien kaasukehistä.

Tähden nimestä on kaksi kirjoitusmuotoa, Betelgeuze ja Betelgeuse.

Lähteet: ESOn tiedote, O'Gorman ja kumpp. (2017), Dolan ja kumpp. (2016)

Kuolleista nousseiden tähtien arvoitus ratkesi

Ti, 12/08/2015 - 16:04 Markus Hotakainen
"Sinisen kuljeksijan" synty

Ei, kyseessä eivät ole yllättävän comebackin tehneet elokuva- tai rockpersoonat, vaan kehityksensä myöhäisissä vaiheissa olevat siniset tähdet, jotka näyttävät paljon ikäistään nuoremmilta.

Natalie Gosnell Texasin yliopistosta on työryhmineen tehnyt näistä ikinuorista tähdistä havaintoja, jotka paljastivat niiden nuorekkuuden salaisuuden.

"Sinisiksi kuljeksijoiksi" kutsuttuja tähtiä on tutkittu jo yli 60 vuoden ajan. Nimensä ne ovat saaneet siitä, että ne ovat "vaeltaneet" pois pääsarjasta, joka kuvaa tähtien kehitystä. Niiden kummallisesta kehityksestä on ollut tarjolla kilpailevia teorioita. 

Yksi suosituimmista on ollut, että vanhenevasta tähdestä virtaa ainetta kaksoistähden pienempään seuralaiseen. Kun tähti saa lisää massaa, se kuumenee ja muuttuu sinisemmäksi samalla kun yhä iäkkäämmäksi käyvä ainetta lahjoittanut kumppani sammuu ja luhistuu valkoiseksi kääpiöksi.

Toisen teorian mukaan syynä olisivat tähtien törmäykset tähtijoukoissa. Kolareiden seurauksena avaruuteen singonneesta aineesta olisi tiivistynyt uusia, hyvin kuumia tähtiä. Kolmas teoria perustuu ajatukseen kahden tähden sulautumisesta kolmoistähtijärjestelmissä.

Gosnellin johtama tutkijaryhmä keskittyi avoimeen tähtijoukkoon NGC 188, jossa on kaikkiaan 21 "sinistä kuljeksijaa". Hubblen havaintojen perusteella seitsemällä niistä on suositun teorian mukaisesti seuralaisenaan valkoinen kääpiö, joka paljastui ultraviolettisäteilynsä perusteella.

Myös seitsemästä muusta tähdestä saatiin todisteita muunlaisesta massanvirtauksesta tähtien välillä. Näyttää siis siltä, että ainakin kaksi kolmasosaa oudoista tähdistä selittyy kaasun virtauksella tähdestä toiseen. "Tulos on todella hieno", toteaa Gosnell. 

"Tähän saakka ei ole ollut selviä havaintoihin pohjaavia todisteita, ainoastaan viitteitä. Ensimmäisen kerran voimme asettaa jonkinlaisen rajan sellaisten sinisten kuljeksijoiden määrälle, jotka ovat syntyneet massanvirtauksen seurauksena."

Avoimet joukot ovat erinomaisia laboratorioita tähtien kehityksen tutkimukseen. Niiden jäsenet ovat syntyneet samaan aikaan ja niiden koostumus on samanlainen. Tähtijoukkojen tutkimus on paljastanut, että jopa neljännes vanhoista tähdistä kehittyy toisin kuin niiden pitäisi.

Monista tähdistä tulee elämänsä ehtoolla punaisten jättiläisten sijasta "sinisiä kuljeksijoita", joille on ominaista epätavallinen kirkkaus ja korkeasta pintalämpötilasta johtuva väri.

Kaksoistähtijärjestelmässä massiivisempi tähti kehittyy nopeammin. Kun siitä tulee punainen jättiläinen, tähden uloimmat kerrokset ovat vain löyhästi sen vetovoimavaikutuksen piirissä.

Silloin seuralaistähti voi kaapata niistä osan itselleen: tuloksena on massanvirtaus. Entinen jättiläistähti kutistuu valkoiseksi kääpiöksi ja kasvaneen massan ansiosta seuralaistähti kuumenee ja sinertyy.

Tulos on merkittävä paitsi Linnunradan myös muiden galaksien tutkimuksen kannalta. Havaintojen ja teorioiden sovittaminen yhteen on hankalaa, jos 25 prosenttia tähdistä kehittyy toisin kuin kuvitellaan. 

Tutkimuksesta kerrottiin Texasin yliopiston McDonald-observatorion uutissivuilla ja se on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuvat: NASA/ESA, A. Feild (STScI) [taiteilijan näkemys]; Digitized Sky Survey 2 (STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO) [NGC 188]

 

Mystinen ”mustetahratähti” huijasi astronomeja

Su, 12/06/2015 - 14:32 Markus Hotakainen
CW Leo

Leijonan tähdistöön kuuluva CW Leo on punainen jättiläinen, joka on aivan liian himmeä näkyäkseen paljain silmin, mutta infrapuna-alueella se on koko taivaan kirkkain tähti. Uudet havainnot ovat osoittaneet, että aiemmat käsitykset sen luonteesta joutavat romukoppaan.

CW Leo on elinkaarensa loppuvaiheissa. Ydinpolttoaineen käydessä vähiin se on laajentunut punaiseksi jättiläistähdeksi ja nyt se on puhaltamassa avaruuteen uloimpia kerroksiaan, joista muodostuu lopulta planetaarinen sumu.

"Tähti on turvonnut valovoimaiseksi jättiläiseksi, joka on olemassaolonsa itsetuhoisimmassa vaiheessa. Se repii itsensä hajalle omalla säteilyllään ja sinkoaa tiheitä kaasu- ja pölypilviä avaruuteen. Tähti kuolee oman upean ilotulituksensa saattelemana", runoilee tutkimusta johtanut Paul Stewart.

Vuosien varrella tehdyissä havainnoissa tähti tai pikemminkin sitä ympäröivä kaasu- ja pölypilvi on muuttanut muotoaan kaiken aikaa. Kirkas kohta, jota aiemmin luultiin itse tähdeksi, on siirtynyt yli neljä miljardia kilometriä alkuperäiseltä paikaltaan. Tähdet eivät tee moisia äkkiloikkia. 

Kirkkaat alueet ovatkin kaasupilven kuumia kohtia, kun tähti itse piileskelee pyörteilevän pilven sisällä. CW Leosta on tehty havaintoja sekä Keck- että VLT-teleskoopeilla, mutta myös Cassini-luotaimella, joka tarkkaili tähden peittymistä Saturnuksen renkaiden taakse.

"Tämä on yksi niistä nöyryyttävistä tilanteista, kun luonto muistuttaa, kuka on pomo", toteaa tutkimukseen osallistunut Peter Tuthill

"Viimeisten 20 vuoden ajan monet tähtitieteilijät – minä mukaanlukien – on yrittänyt hahmottaa epämääräisten kuvien taustalla olevaa rakennetta. Olen nähnyt mutkikkaita matemaattisia malleja siitä, miten tähteä ympäröivään sumuun muodostuu onkaloita, kiehkuroita, kiekkoja ja renkaita. Kaiken aikaa tähdellä on ollut ihan omat ideansa."

Tähden ominaisuuksia koskevat ajatukset ovat osoittautuneet jokseenkin totaalisen virheellisiksi. "Kun kaikki rakenteet, jotka luulimme tuntevamme, katoavat kokonaan, ja niiden tilalle tulee yhtäkkiä aivan uudenlaisia, meille ei jää paljon käteen", arvioi Stewart.

"On selvää, että uusien kuvien mukaan CW Leo on kaiken aikaa singonnut sinne tänne kuuman pölyn tihentymiä ja suihkuja", Tuthill selittää. 

"Tähti on kuin taivaallinen versio tunnetusta Rorschachin mustetahratestistä. Yrittäessämme selvittää möykkyjen ja klönttien sisäistä rakennetta olemme nähneet oikeastaan vain heijastumia omista ennakkokäsityksistämme. On ihan okei, että nelivuotias poikani näkee pilvissä kaneja tai elefantteja, mutta tällä kertaa Leijonan pölyinen tähti on saanut meidät tähtitieteilijät kiinni unelmoinnista."

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

Kuva: Paul Stewart ja Peter Tuthill