röntgensäteily

Kuulostaa ihan Aku Ankan tarinalta – Texasissa aiotaan tehdä Z-koneella tähtiainetta

To, 04/19/2018 - 20:11 Markus Hotakainen

Astrofyysikoiden tavoitteena on tutkia valkoisten kääpiöiden ominaisuuksia laboratorio-oloissa. Texasin yliopisto on saanut tarkoitusta varten seitsemän miljoonan dollarin apurahan.

Texasin yliopiston yhteyteen perustetaan energiaministeriön myöntämän apurahan turvin uusi CAPP-keskus (Center for Astrophysical Plasma Properties), jonka tarkoituksena on edistää tähtitieteellistä tutkimusta kokeellisin menetelmin.

Tutkijat aikovat luoda maailman tehokkaimman röntgensäteilyn lähteen, Sandian kansallisten laboratorioiden "Z-koneen", avulla olosuhteet, jollaiset vallitsevat tähdissä. Se merkitsee korkeita lämpötiloja ja suuria tiheyksiä.

"Jos haluamme tutkia valkoista kääpiötä, jonka pintalämpötila on 15 000 astetta, täällä voimme tehdä kokeita 15 000 asteen lämpötilassa", CAPP-keskuksen apulaisjohtaja Mike Montgomery sanoo. "Oikeastaan otamme palasen Auringosta ja katsomme sitä mikroskoopilla".

Tutkijoiden mukaan uusi menetelmä muuttaa tähtitieteellisen tutkimuksen luonteen.

"Astrofysiikassa oli monia asioita, jotka luulimme tietävämme tai tiesimme, ettemme ymmärrä. Luomalla oikeanlaiset olosuhteet ja tekemällä laboratoriomittauksia muutamme ajattelutapaamme sekä tähtitieteestä tutkimusalana että tietyistä tähtitieteellisistä kohteista", arvioi CAPP-keskuksen johtaja Don Winget.

Astrofysiikka on perinteisesti ollut havaintoihin pohjaavaa tutkimusta ja kokeita on yleensä tehty paljon pienemmissä mittakaavoissa kuin maailmankaikkeudessa voimme havaita. Wingetin mukaan se on usein johtanut ristiriitaisuuksiin kokeiden ja havaintojen välillä.

Esimerkiksi valkoisten kääpiöiden massaa koskevat laskelmat eroavat usein 10–15 prosenttia eri menetelmin mitatuista arvoista. Kun valkoisten kääpiöiden avulla yritetään sitten arvioida galaksien ikää, virhe johtaa useiden miljardien vuosien epätarkkuuksiin.

Uudessa keskuksessa tehtävän tutkimuksen avulla pyritään parantamaan nykyisiä malleja ja pääsemään eroon ristiriitaisuuksista. Hankkeessa on Texasin yliopiston lisäksi mukana Nevadan yliopisto ja Sandian laboratoriot.

"Nyt voimme palata peruskysymyksiin. Laskelmien sijasta voimme tehdä kokeita. Opimme paljon uutta asioista, joista aiommekin oppia jotain, ja opimme varmasti paljon myös asioista, joita emme ole edes suunnitelleet tutkivamme", Winget toteaa.

Uudesta hankkeesta kerrottiin McDonald-observatorion uutissivuilla.

Kuva: Randy Montoya

Japani on ampumassa röntgenjättiläistä taivaalle

Pe, 02/12/2016 - 14:17 Jari Mäkinen
Astro-H


Japanin avaruushallinto JAXA on laukaisemassa avaruuteen uutta, suurikokoista röntgensäteilyn aallonpituusalueella tähtitaivasta tutkivaa avaruusteleskooppia. Astro-H oli tarkoitus lähettää matkaan tänään, mutta laukaisua lykättiin huonon sään vuoksi.


Lähes kaikki tähtitaivaan kohteet lähettävät näkyvän valon lisäksi muita sähkömagneettisen spektrin säteitä, ja itse asiassa monet kohteet ovat kirkkaampia muilla aallonpituusalueilla. Osaa säteistä, kuten infrapunasäteilyä, ultraviolettia, röntgenaaltoja ja gammasäteitä voi havaita kunnolla vain avaruudesta, sillä maapallon ilmakehä ei päästä näitä (onneksi) tänne Maan pinnalle saakka.

Kun ensimmäiset röntgensäteet avaruudesta havaittiin 1940-luvulla, oli kyseessä hieman samankaltainen elämys kuin painovoima-aaltojen löytyminen; uusi ikkuna avaruuteen avautui.

Nyt röntgentaivasta tutkitaan rutiininomaisesti avaruudessa olevilla teleskoopeilla, joskin aivan viime aikoina ei suurikokoisia röntgenalueen avaruusteleskooppeja ole lähetetty kiertoradalle. Edelleen suurimmat – ja yhä toiminnassa olevat – teleskoopit Chandra ja XMM-Newton laukaistiin avaruuteen vuonna 1999, ja tuorein havaintolaite, NuSTAR on puolestaan varsin pienikokoinen.

Parhaillaan japanilaisen H-2A -kantoraketin nokassa Tanegashiman avaruuskeskuksessa lähtöään odottava Astro-H on puolestaan keskikokoinen röntgensatelliitti, mutta sen odotetaan saavan parempia tuloksia kuin jo kohta 20 vuotta vanhat Chandra ja XMM-Newton.

Astro-H:n massa laukaisun aikaan on 2,7 tonnia ja siinä on kaikkiaan neljä röntgenalueella toimivaa teleskooppia: kaksi niistä havaitsevat "pehmeää" röntgensäteilyä energia-alueella 0,3-12 keV ja toiset kaksi on viritetty "kovaa" röntgensäteilyä varten, eli havaitsemaan energia-aluetta välillä 5-80 keV.

Pehmeän alueen teleskoopit ovat polttoväliltään 5,6 metriä ja kovan alueen 12 metriä. 

Röntgenteleskoopit ovat tyypiltään sellaisia, että korkeaenergisemmän säteilyn havaitseminen vaatii käytännössä pitemmän polttovälin. Tätä menetelmää hyödyntäen satelliitin kovan alueen teleskooppien polttoväliä voi vielä pidentää kuudella metrillä, jolloin päästään havaitsemaan jopa 600 keV:n aluetta.

Teleskoopit pystyvät niin ottamaan kuvia kuin myös viipaloimaan havaitsemaansa säteilyä pienempiin aallonpituusalueisiin, eli tekemään spektroskooppisia havaintoja.

Halkaisijaltaan suurin teleskooppi on 45 cm, eli se ei ole kovin suuri optisen alueen kaukoputkiin verrattuna, mutta röntgenteleskoopiksi se on kookas.

Astron-H ja sen osat: kovan röntgensäteilyn (HXT) ja pehmeän säteilyn (SXT-S, SXT-I) teleskooppiosat, kovan säteilyn (HXI) ja pehmeän säteilyn (SXI) kamerat, pehmeän säteilyn spektrometri (SXS) ja gammasädemittari (SGD).

 

Uusi laukaisuyritys piakkoin

Raketin laukaisu oli tarkoitus tehdä tänään perjantaina klo 10.45 Suomen aikaa, mutta 53 metriä korkean raketin laukaisua päätettiin siirtää tuonnemmaksi laukaisupaikalla olleen huonon sään vuoksi.

Japanin avaruushallinto JAXA ei ole ilmoittanut vielä milloin uusi yritys tapahtuu, mutta laukaisupaikka on varattu tätä varten alustavasti kuun loppuun saakka. Todennäköisimmin laukaisua koetetaan uudelleen ensi viikon alussa. 

Teleskooppi on tarkoitus laukaista 575 kilometrin korkeudessa olevalle kiertoradalle.

Sen odotetaan toimivan ainakin vuosikymmenen ajan havaiten maailmankaikkeuden kaikkein rajuimpia ilmiöitä mustista aukoista ja pyörivistä neutronitähtien ympärillä olevista kerääntymäkiekoista tähtien räjähdyksiin ja kaukaisten galaksien erilaisiin elämänvaiheisiin.

Mukana satelliitin tekemisessä ja sen tieteellisessä työssä on tutkijoita Japanin lisäksi Euroopasta, Kanadasta ja Yhdysvalloista.

Japani on röntgenkonkari

Japanilla on pitkät perinteet röntgensatelliittien lähettämisessä, sillä maan ensimmäinen röntgenteleskooppi Hakucho lähetettiin vuonna 1979. Sen jälkeen japanilaiset ovat tehneet ja laukaisseet koko joukon suurempia satelliitteja (Hinotori, Tenma, Ginga ja ASCA), joilla he ovat voineet jatkaa tauotta röntgenhavaintojen tekemistä parin vuosikymmenen ajan. 

Pitkään sarjaan tuli tauko vuonna 2000, kun maan viidennen röntgenteleskoopin, Astro-E:n, laukaisu epäonnistui. Perinteen mukaan satelliitit tunnetaan koodinimellä siihen saakka kun ne ovat avaruudessa, ja silloin niille annetaan "lopullinen" nimi. Samaan tapaan Astro-H tullaan ristimään uudelleen, kun se on onnellisesti kiertoradalla.

Tuorein japanilainen röntgensatelliitti on Astro-E:n seuraaja Astro-E II, eli Suzaku, joka lähetettiin avaruuteen kesällä 2005.

Lisäksi Japanilla on kansainvälisellä avaruusasemalla taivasta koko ajan kuvaava röntgenmonotori MAXI, jonka tekemisessä oli mukana myös suomalainen Oxford Instruments Analytical Oy. Suomalaiset toimittivat laitteeseen 12 röntgensäteilyä havaitsevaa ilmaisinta.

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]

Donald Kerst ja ”Superröntgenkone”

To, 01/21/2016 - 12:04 Markus Hotakainen
Donald Kerst ja betatroni

Päivän kuva on 76 vuoden takaa. Professori Donald Kerst rakensi vuonna 1940 ensimmäisen magneettiseen induktioon perustuvan hiukkaskiihdyttimen Illinois’n yliopistossa. 

Päivän kuva

Uutuuden nimeäminen aiheutti päänvaivaa ehkä enemmän kuin itse laitteen rakentaminen. Yliopistossa järjestettiin nimikilpailu, johon tulleita ehdotuksia olivat esimerkiksi rheotroni, induktroni ja Super-X-Ray Machine (”superröntgenkone”).

Kummallisin oli kuitenkin Ausserordentlichhochgeschwindigkeitelektronenentwickelndenschwer-arbeitsbeigollitron, joka ymmärrettävistä syistä ei saanut kannatusta. Lopulta Kerst päätyi kutsumaan laitetta betatroniksi.

Betatroni on eräänlainen muuntaja. Sen toisiokääminä on rengasmainen tyhjiöputki, jonka sisällä liikkuvien elektronien vauhtia ensiökäämin vaihtovirta kiihdyttää. 

Kollegoineen Kerst tutki laitteensa avulla esimerkiksi röntgensäteilyn tunkeutumista ihmiskudokseen. Kokeilla oli keskeinen merkitys, kun betatronista kehitettiin syövän hoidossa käytettävän röntgensäteilyn lähdettä.

Kuva: University of Illinois

 

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

 

Röntgenlaserilla ammuttiin atomia

To, 09/03/2015 - 16:07 Markus Hotakainen
Röntgenkuva kädestä

Kun Wilhelm Röntgen 120 vuotta sitten löysi röntgensäteilyn, hän tuskin osasi kuvitellakaan, kuinka merkittävän keksinnön tuli tehneeksi. Puhumattakaan lordi Kelvinistä, jonka mukaan "Röntgensäteily tulee osoittautumaan huijaukseksi". Voiko enää enempää olla väärässä?

Nyt röntgensäteilyn avulla on jälleen tehty tieteenhistoriaa. 

Kun kaksi fotonia törmää samanaikaisesti yksittäiseen atomiin, tuloksena on yksi fotoni, jolla on suurempi energia. Ilmiö havaittiin ensimmäisen kerran näkyvällä valolla jo 1960-luvulla, mutta röntgensäteilyn alueella se ei ole onnistunut, koska käytettävissä ei ole ollut riittävän tehokasta röntgensäteilyn lähdettä. Nyt on.

Kokeessa käytettiin Kaliforniassa sijaitsevan Kansallisen kiihdytinlaboratorion röntgenlaseria. Aparaatilla on pituutta toista kilometriä, joten niitä ei maailmasta edelleenkään löydy montaa: toinen on Japanissa.

Röntgenlaserin säteily keskitettiin ainoastaan sadan nanometrin läpimittaiseksi pisteeksi. Säteilyteho oli hiuksen läpimittaa vastaavalla alueella hetkellisesti yhtä suuri kuin maapallon valaistulle puoliskolle lankeavan auringonvalon energia. 

Huipputeho oli tarpeen, jotta kaksi fotonia saatiin törmäämään täsmälleen oikeaan aikaan yhteen aineen atomeista. "Silti tapahtuman todennäköisyys oli pienempi kuin jättipotin voittaminen lotossa", arvioi tutkimusryhmää johtanut Matthias Fuchs.

Odotettu ilmiö tuotti kuitenkin odottamattoman tuloksen. Törmäyksen seurauksena syntyneen fotonin energia ei ollut läheskään niin suuri kuin oli laskettu. Näyttääkin siltä, että tällaisen törmäyksen fysiikkaa ei vielä tunneta kunnolla. 

"Nyt tehty koe oli vasta alkua", toteaa Fuchs. "Jos uudet käsityksemme tästä perusilmiöstä varmistuvat tulevissa testeissä, niillä voi olla merkittävä vaikutus suurilla röntgentehoilla tehtäviin kokeisiin ja ne saattavat johtaa uudenlaisiin aineen tutkimusmenetelmiin."

Tutkimuksesta kerrottiin EurekAlert!-tiedesivustolla ja se on julkaistu Nature Physics -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Wilhelm Röntgen

Hummerin silmin aurinkotuulta tarkkailemaan

Ke, 07/29/2015 - 07:57 Markus Hotakainen

Aurinkotuuli eli Auringosta puhaltava sähköisesti varattujen hiukkasten virtaus saa aikaan avaruusmyrskyjä Maan läheisyydessä. Ne ovat haitaksi satelliiteille ja vaaraksi astronauteille.

Uudella havaintolaitteella pystytään tarkkailemaan aurinkotuulen ja neutraalin kaasun vuorovaikutusta, jonka tuloksena syntyy "pehmeää" eli pitkäaaltoista röntgensäteilyä.

Aurinkotuuli koostuu suurimmaksi osaksi protoneista, mutta siinä on myös raskaita ioneja, joilla on suuri energia. Kun tällaiset ionit törmäävät kaasuatomeihin ja -molekyyleihin, ne virittyvät ja lähettävät röntgensäteilyä.

Säteilyn havaitsemiseen kehitetty "hummerinsilmäoptiikka" perustuu nimensä mukaisesti tuon suurikokoisen äyriäisen näköelimiin. Uudenlaisen kameran linssit ovat kaarevia lasineliöitä, jotka vastaavat muodoltaan 150 senttimetrin läpimittaisen pallon pintaa. Lasin läpi kulkee hyvin pieniä neliönmuotoisia "huokosia", joiden sivun pituus on ainoastaan 20 mikronia eli metrin miljoonasosaa. 

Tällainen rakenne keskittää röntgensäteilyn polttotasoon, jonka etäisyys linssistä on puolet kuvitellun pallon säteestä. Uudenlaisella optiikalla saadaan aikaan laaja näkökenttä, minkä ansiosta on mahdollista tarkkailla esimerkiksi aurinkotuulen ja Maan magneettikentässä olevan kaasun vuorovaikutusta globaalisti.

"Kaikki avaruussääilmiöitä Maan läheisyydessä aiheuttava energia on peräisin aurinkotuulesta, joten uuden havaintomenetelmän antamien tietojen avulla on mahdollista suojata paremmin avaruuslaitteita, erityisesti geosynkronisia satelliitteja, jotka välittävät esimerkiksi kännykkäpuheluita", kehitystyötä johtanut Michael Collier sanoo.

Euroopan avaruusjärjestö ja Kiinan tiedeakatemia suunnittelevat SMILE-satelliittia (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), joka tarkkailisi aurinkotuulen, Maan magnetosfäärin ja ionosfäärin vuorovaikutusta. Siihen kaavaillaan kameraa, jossa on "hummerinsilmäoptiikka".

Samaa tekniikkaa on mahdollista soveltaa myös nanosatelliiteissa, joilla on massaa ainoastaan muutama kilo. Esimerkiksi CubeSatiin mahtuu 10 x 10 x 10 senttimetrin kokoisia mittalaitteita. Uuden optiikan turvin voidaan toteuttaa edullisia tutkimusprojekteja, joilla saadaan merkittäviä tieteellisiä tuloksia. 

Pehmeää röntgensäteilyä syntyy myös muiden Aurinkokunnan kappaleiden lähettyvillä, joten jatkossa optiikkaan perustuvia kameroita saatetaan käyttää myös muita planeettoja ja esimerkiksi komeettoja tutkivissa luotaimissa.  

Havaintolaitteesta kerrottiin Review of Scientific Instruments -lehdessä.

Kuva: NASA

Paljastava röntgenkuva Auringosta

To, 07/09/2015 - 10:40 Markus Hotakainen
Aurinko röntgensilmin

Tänä kesänä tuntuisi tarvitsevan röntgenkatseen ylipäätään nähdäkseen Auringon, mutta nyt ei ole kyse mistään Teräsmiehen visiosta. Auringon röntgenkuva ei myöskään ole läpivalaisuotos päivätähdestämme, vaan siinä näkyvät röntgensäteilyn aallonpituuksilla hohtavat Auringon ulkokerrokset.

Ihmissilmän havaitsema näkyvä valo tulee Auringon fotosfääristä, jonka lämpötila on noin 5 500 celsiusastetta. Sen paksuus on vain kolmisensataa kilometriä ja siksi Auringolla näyttää olevan pinta, vaikka se onkin kaasumaista plasmaa.

Fotosfäärin yläpuolella on kromosfääri, jossa lämpötila kohoaa 10 000 kilometrin matkalla noin 20 000 asteeseen. Uloimpana on korona, jossa lämpötila on jopa kaksi miljoonaa astetta. Koronalla ei ole tarkkaa ulkoreunaa, vaan se muuttuu vähitellen aurinkotuuleksi, sähköisesti varattujen hiukkasten puhuriksi, joka ulottuu kauas planeettojen tuolle puolen.

Auringon ulko-osien kuuma plasma lähettää röntgensäteilyä, joka onneksemme kilpistyy Maan ilmakehään. Siksi Auringosta saadaan röntgenkuvia vain satelliittien avulla.

29. huhtikuuta 2015 otettuun kuvaan on yhdistetty useiden satelliittien havainnot, jolloin saadaan näkyviin erilaisia Auringon aktiivisten alueiden ilmiöitä. Röntgensäteilyllä ei ole väriä, joten kuva on käsitelty tietokoneella. 

NASAn NuSTAR-satelliitin (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) havaitsema suurienerginen röntgensäteily on värjätty siniseksi. NuSTARin varsinainen tehtävä on tutkia mustia aukkoja ja supernovia, mutta sen teleskoopeilla voidaan tehdä havaintoja myös Auringosta.

Vihreä vastaa japanilaisen Hinode-satelliitin mittaamaa vähemmän energistä röntgensäteilyä. Keltainen ja punainen väri puolestaan markkeeraavat NASAn SDO-satelliitin (Solar Dynamics Observatory) havaitsemaa äärimmäisen ultraviolettialueen säteilyä. 

Auringon aktiivisilla alueilla tapahtuu flare-purkauksia, jotka sinkoavat avaruuteen sähköisesti varattuja hiukkasia ja voimakasta säteilyä. Niiden lisäksi Auringossa esiintyy pienempiä mikroflareja, joissa vapautuva energia on vain miljoonasosa isoista flare-purkauksista.

Auringossa oletetaan tapahtuvan myös nanoflareja, jotka ovat vieläkin pienempiä. Niiden energia on vain miljardisosa suurissa flare-purkauksissa vapautuvista energiamääristä. 

Nanoflareja arvellaan ratkaisuksi Auringon ulkokerrosten ongelmaan: miten alle kuudentuhannen asteen lämpötilassa vellovan fotosfäärin ja 20 000-asteisen kromosfäärin yläpuolella koronan lämpötila voi kohota miljooniin asteisiin.

"Aurinko on jo siirtymässä aktiivisuussyklinsä rauhalliseen vaiheeseen, mutta minimiin on aikaa vielä jokunen vuosi", toteaa Iain Hannah Glasgow’n yliopistosta. "Siksi meidän on vielä odotettava tovi, jotta pystymme tekemään havaintoja näistä pienemmistä purkauksista."

Kuva julkaistiin eilen Llandudnossa, Walesissa parhaillaan käynnissä olevassa Royal Astronomical Societyn vuotuisessa kokouksessa ja siitä kerrottiin seuran uutissivuilla.

Kuva: NASA/JPL-Caltech/GSFC/JAXA

 

Avaruusteleskooppi havaitsi neutronitähden röntgenkaikuja

Pe, 06/26/2015 - 10:15 Markus Hotakainen

Eteläisen taivaan pienessä ja himmeässä Harpin tähdistössä on voimakas röntgensäteilyn lähde Circinus X-1. Se on kaksoisjärjestelmä, jossa neutronitähti ja jättiläistähti kiertävät toisiaan. 

Vain noin kymmenen kilometrin läpimittainen, mutta silti suunnilleen auringonmassainen neutronitähti on syntynyt suuren tähden räjähtäessä elämänsä lopulla supernovana. 2 500 vuotta sitten tapahtuneen räjähdyksen seurauksena avaruuteen on levinnyt kaasua ja pölyä, joka edelleen ympäröi kaksoistähteä.  

Tai 2 500 vuotta sitten Maasta katsottuna: todellisuudessa siitä on kulunut paljon pidempi aika. Kohteen etäisyyttä on ollut vaikea määrittää, joten tutkijat eivät ole tienneet, kuinka kauan sitten supernovaräjähdys oikeasti tapahtui.

Vajaa kaksi vuotta sitten (plus etäisyyden mukainen aika…) neutronitähdessä tapahtui voimakas purkaus, joka tarjosi tähtitieteilijöille mittatikun tarkan etäisyyden määrittämiseksi. 

Röntgenalueella toimivalla Chandra-avaruusteleskoopilla on havaittu neutronitähden ympärillä samankeskisiä renkaita, jotka ovat syntyneet säteilyn heijastuessa tähtienvälisestä pölystä.

"Samaan tapaan kuin lepakot käyttävät kaikuluotausta ympäristönsä hahmottamiseksi me voimme määrittää Circinus X-1:n röntgensäteilyn avulla sen täsmällisen sijainnin", sanoo tutkimusta johtanut Sebastian Heinz

Neutronitähdessä tapahtuneen purkauksen seurauksena röntgensäteily leviää joka suuntaan, mutta kun se heijastuu eri etäisyyksillä olevista pölypilvistä, se saapuu Maahan eri suunnista hieman eri aikaan. Viive on yhdestä kolmeen kuukauteen.

Chandran havaintoihin yhdistettiin Australiassa sijaitsevalla Mopran radioteleskoopilla tehdyt mittaukset pölypilvien sijainneista, jolloin näiden "röntgenkaikujen" perusteella voitiin laskea neutronitähden etäisyydeksi 30 700 valovuotta.

Kun Circinus X-1:n etäisyys tunnetaan nyt paljon aiempaa tarkemmin, se näyttää säteilevän sekä röntgenalueella että muillakin aallonpituuksilla paljon oletettua voimakkaammin. Neutronitähdestä tulevan energisten hiukkasten suihkun nopeus on myös todettu huimaksi: yli 99,9 prosenttia valon nopeudesta.

Näin suuria nopeuksia esiintyy yleensä vain mustia aukkoja ympäröivien kertymäkiekkojen yhteydessä. "Circinus X-1 käyttäytyy joissakin suhteissa kuin neutronitähti ja joissakin kuin musta aukko", ihmettelee tutkimusryhmään kuuluva Catherine Braiding. "On hyvin harvinaista löytää kohde, jolla on kummankin ominaisuuksia".

Chandran havaintojen perusteella on neutronitähden itsensä ohella mahdollista tutkia Linnunradan rakennetta. Röntgenkaikujen avulla saadaan laadittua kolmiulotteinen kartta Circinus X-1:n ja Maan välillä olevien pölypilvien sijainnista.

Kaikuluotauksesta kerrottiin Chandra-avaruusteleskoopin sivuilla ja tutkimus on julkaistu Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: NASA/CXC/University of Wisconsin-Madison/S. Heinz et al/DSS

 

Ystävänpäiväkukka avaruudesta

Pe, 02/13/2015 - 16:37 Markus Hotakainen
Kuva: NASA / CXC / University of Texas / S.Post et al (röntgen); 2MASS / Umass / IPAC-Caltech / NASA / NSF (infrapuna)

Tiedetuubi ottaa varaslähdön ja ojentaa ystävänpäiväkukan jo tänään. Kuvassa on eteläisellä taivaalla Kärpäsen tähdistön suunnassa sijaitseva supernovajäänne G299.2-2.9 – kavereiden kesken lyhyesti G299 – jota Chandra-röntgensatelliitti on kuvannut. Räjähdys tapahtui noin 4 500 vuotta sitten, mutta tähden jäänteet ovat edelleen niin kuumia, että ne säteilevät voimakkaasti röntgensäteilyä.

Kuvassa supernovajäänteen eri värit kuvastavat säteilyn aallonpituuksia. Sininen on kaikkein lyhytaaltoisinta eli energisintä ja punainen pitkäaaltoisinta säteilyä. Vihreä on siltä väliltä; se on lähtöisin raudasta. Kaikkein energisin säteily on peräisin piistä ja rikistä. Tähdet on kuvattu infrapuna-alueella.

G299:n synnyttänyt supernova oli tyyppiä Ia. Ennen räjähdystä kaksoistähden nopeammin kehittynyt eli massiivisempi osapuoli oli ehtinyt muuttua valkoiseksi kääpiöksi, joka imuroi toisesta tähdestä ainetta itseensä.

Kun ainetta oli kertynyt riittävästi, siinä käynnistyivät räjähdysmäisesti fuusioreaktiot, jotka hajottivat sekä valkoisen kääpiön että seuralaistähden. Toinen mahdollisuus on, että kaksoistähden kumpikin osapuoli oli valkoinen kääpiö ja räjähdys oli seurausta niiden sulautumisesta yhteen.

Tyypin Ia supernovat ovat tärkeitä kosmologisia mittatikkuja, sillä niiden maksimikirkkaus on aina sama. Siten niiden avulla voidaan määrittää galaksien etäisyyksiä miljardien valovuosien päähän.

Tällaisten kaksoistähtijärjestelmistä syntyneiden supernovajäänteiden pitäisi olla jokseenkin symmetrisiä toisin kuin yksinäisten tähtien luhistumisesta seuraavien räjähdyspilvien. G299:n kohdalla ongelmana on se, että jäänne ei olekaan symmetrinen.

Ensinnäkin kaasupilven laajenemisnopeus vaihtelee eri suunnissa, mikä näkyy esimerkiksi sen oikeassa laidassa kurkottavana ulokkeena. Myös jäänteen kemiallinen koostumus vaihtelee sen eri osissa. Pilven yläosassa on enemmän rautaa suhteessa piihin kuin sen alaosassa. Siksi jäänne on yläosaltaan selvästi vihertävä ja alaosa sininen.

Chandran havainnot selittyisivät, jos räjähdys on ollut syystä tai toisesta toispuoleinen. Toinen vaihtoehto on, että räjähtäneen tähden ympäristössä tähtienvälisen aineen tiheys on vaihdellut. Silloin jäänteen laajenemiseen on vaikuttanut se, millaiseen kaasuun se on eri suunnissa törmännyt.