Arkisto


Pimeän aineen syleilyssä

29.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Galaksijoukko Abell S1063 kaareuttaa avaruutta niin voimakkaasti, että sen takaa olevista galakseista tuleva valo taipuu sen ympärillä ja niiden kuvat näkyvät kaarina ja kirkastumina galaksijoukon ympärillä yleisen suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kaareutumisen voimakkuus riippuu galaksien ja niitä ympäröivän pimeän aineen massasta ja siitä, miten se on jakautunut. Kuva NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)

Galaksijoukko Abell S1063 kaareuttaa avaruutta niin voimakkaasti, että sen takaa olevista galakseista tuleva valo taipuu sen ympärillä ja niiden kuvat näkyvät kaarina ja kirkastumina galaksijoukon ympärillä yleisen suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Kaareutumisen voimakkuus riippuu galaksien ja niitä ympäröivän pimeän aineen massasta ja siitä, miten se on jakautunut.
Kuva NASA, ESA, and J. Lotz (STScI)

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 29.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Pimeä aine on kutkuttavaa tavaraa. Emme tiedä, mitä se aivan tarkalleen on, mutta voimme silti nähdä sen vaikutukset monessa eri paikassa. Tässä tekstissä puhumme vähän lisää Linnunradan (tai galaksien yleensä) ja pimeän aineen yhteydestä.

Linnunradan syntyä käsittelevässä tekstissä 24.9. kerroimme, miten galaksien siemenet kehittyivät varhaisessa maailmankaikkeudessa pienistä lämpötila- ja tiheyseroista. Mikäli nuori universumi olisi ollut lämpötilaltaan ja tiheydeltään täysin tasainen, kaikkialla olisi vallinnut sama laiska gravitaatiokenttä eikä mitään aineen tihentymiä ja sitä kautta rakennetta olisi päässyt muodostumaan.

Tavallinen aine – se atomeista muodostunut peruskama josta tähdet ja planeetat ja kaikki planeetan pinnalla puuhastelevat tyypit ovat muodostuneet – ei olisi yksin jaksanut muodostaa ensimmäisiä tähtiä ja galakseja, ainakaan siinä tahdissa kuin mitä havaitsemme menneisyydessä tapahtuneen. Ellei pimeää ainetta olisi ollut mukana projektipäällikkönä päsmäröimässä, nykypäivän galaksit olisivat vain prosentin verran tiheämpiä kuin maailmankaikkeus keskimäärin. Todellisuudessa ympärillämme näkyvät galaksit ovat kuitenkin noin miljoona kertaa tiheämpiä kuin ympäröivä universumi eli keveät sata miljoonaa kertaa tiheämpiä kuin pitäisi – ellei pimeää ainetta olisi.

Kolmion galaksi (M33) on Linnunradan ja Andromedan suuri seuralainen paikallisessa galaksiryhmässä. Se on yksi niistä galakseista, joissa tähtien ja kaasupilvien kiertoliikkeen on havaittu kasvavan ulko-osissa. Pimeän aineen massa sitä siellä kiihdyttelee menemään. Kuten viime viikolla jo mainittiin spiraalihaarojen syntymekanismia käsitellessä, tällaiset repaleiset galaksit saattavat syntyä sen seurauksena, että niitä ympäröi poikkeuksellisen tukeva pilvi pimeää ainetta ja tämän perusteella näin tosiaan näyttäisi olevan. Kuva ESO

Kolmion galaksi (M33) on Linnunradan ja Andromedan suuri seuralainen paikallisessa galaksiryhmässä. Se on yksi niistä galakseista, joissa tähtien ja kaasupilvien kiertoliikkeen on havaittu kasvavan ulko-osissa. Pimeän aineen massa sitä siellä kiihdyttelee menemään. Kuten viime viikolla jo mainittiin spiraalihaarojen syntymekanismia käsitellessä, tällaiset repaleiset galaksit saattavat syntyä sen seurauksena, että niitä ympäröi poikkeuksellisen tukeva pilvi pimeää ainetta ja tämän perusteella näin tosiaan näyttäisi olevan.
Kuva ESO

Ensimmäiset tähdet ja galaksit siis syntyivät pienten pimeän aineen pilvien keskelle gravitaation voimalla ajautuneesta kaasusta. Kun nämä alkugalaksit törmäilivät toisiinsa, myös pimeän aineen pilvet seurasivat luontevasti mukana ja sulautuivat yhteen. Ja näin on jatkunut nykypäivään saakka: mitä suurempi galaksi, sitä enemmän sen ympärillä näyttää olevan pimeää ainetta. Tätä pimeää pilveä kutsutaan yleensä pimeän aineen haloksi. Sen olemassaolo voidaan nähdä muun muassa tavasta, jolla galaksit pyörivät.

Linnunradassa näkyvää ainetta (kuten tähtiä ja kaasupilviä) löytyy melko tarkkaan tasaisesti koko kiekon leveydeltä. Galaksi pyörii varsin tasaisesti, ja pyörimisen tulisi hidastua vasta aivan ulko-osissa, joissa on lähinnä yksittäisiä tähtiä ja kaasupilviä. Mutta tämä ei ole se, mitä todellisuudessa havaitsemme ympäröivässä avaruudessa. Galaksien pyörimisnopeus jopa kasvaa ulospäin. Tunnettujen gravitaatiolakien mukaan näin nyt ei vaan pyöritä, ellei galaksin ulko-osissa ole jotain ylimääräistä ja massiivista. (Sitäkin on tutkittu, ettei gravitaatio toimisi normaalisti galaksien ulko-osissa, mutta näin ei näytä olevan.)

Mitä siellä on? Miksi emme näe sitä? Voisiko siellä olla hysteeriset määrät jotenkin mahdottoman himmeitä tähtiä, tai planeettoja, tai kumiankkoja? Mistään tällaisesta ei ole löytynyt merkkejä. Koska pimeästä aineesta on runsaasti havaintoja muualtakin, koska sen on havaittu ympäröivän suuria galaksijoukkoja ja koska pimeän aineen halo olisi luonnollinen jatkumo toimivalle galaksien syntyhistorialle, ei ole huono veikkaus, että galaksien ulko-odissa todella olisi pimeää ainetta – tuntemattomista hiukkasista koostuvaa puuroa joka vuorovaikuttaa tavallisen aineen kanssa lähes yksinomaan massansa kautta, eli gravitaatiolla.

Linnunradan tähtien arvioitu massa vastaa noin 55 miljardia Aurinkoa. Lisäksi galaksissamme on noin 5-8 miljardin Auringon verran vapaata kaasua ja pölyä. Pimeää ainetta näyttää olevan kymmeniä kertoja enemmän. Meillähän ei ole mitään jättipuntaria johon voisimme Linnunradan ripustaa, vaan massa-arviot on tehtävä epäsuorasti, tutkimalla vaikkapa miten pienet galaksit tai pallomaiset tähtijoukot kiertävät meitä. Massa-arviot ovat siis vain arvioita, mutta ei ole syytä epäillä, etteivätkö ne antaisi oikeaa suuruusluokkaa.

Pimeän aineen halo näyttää ulottuvan noin miljoonan valovuoden päähän galaksin keskustasta, siinä missä näkyvän aineen muodostama kiekko ulottuu vain noin 50 000 valovuoden päähän (joskin kiekko saattaa osoittautua vielä tätä leveämmäksi). Täällä ollaankin jo puolivälissä kohti Andromedan galaksia. Saattaa jopa olla, ettei meillä olekaan omaa irrallista pimeän aineen haloa lainkaan, vaan liikumme muiden lähiympäristön galaksien kanssa yhteisen pilven sisällä, joka on vain tiheämpi aivan galaksien ympärillä. Useimmat Linnunradan seuralaisgalaksit uiskentelevat Linnunradan suurhalon sisälllä mutta ne näyttävät edelleen olevan kääriytyneenä omaan pimeään pilveensä, joka ympäröi pikkugalaksia paikallisesti hiukan ympäristöä tiheämmin. Ne saattavat myös menettää pimeää ainetta omasta pikkuhalostaan Linnunradan suurempaan haloon. Tämä teoria on varsin uusi ja sitä tutkitaan nyt vilkkaasti.

Pimeän halon sisällä, galaksin kiekon ulkopuolella liikkuu monenlaista menijää, kuten jo aiemmin esitellyt pallomaiset tähtijoukot, nuo galaksinmuodostuksen fossiilit. Linnunradan keskustan supermassiivinen musta aukko on myös sinkautellut turhan lähelle tulleita tähtiä aivan valtaviin nopeuksiin, ja näitä tähtiä havaitaan kiitämässä karkuun kaukana Linnunradan ulkopuolella. Osa tähdistä liikkuu niin lujaa, että ne tulevat lopulta häippäisemään galaksienväliseen avaruuteen, kun taas osan Linnunradan gravitaatio tulee kiskaisemaan takaisin. Toiset näistä tähdistä tulevat räjähtämään supernovana kesken matkaansa ja ne jättävät jälkeensä kaasupilven. Tällaisia kaasupilviä on jo löydetty halosta. Jotkut halon tähdistä ovat tulleet riipaistuiksi irti ohikulkeneista galakseista, ja ne kiertävät ohuina tähtinauhoina Linnunrataa.

Kun sanotaan, että galaksien ulkolaidoilla on pimeää ainetta, se ei tarkoita sitä, että pimeää ainetta olisi vain siellä. Itse asiassa tämä pimeän aineen pilvi tihenee kohti galaksin keskustaa, ja pimeää ainetta on myös Linnunradan sisällä, siis myös aurinkokunnassa, ja oman nenän edessä. Sitä on kuitenkin harvakseltaan, ja Auringon massa on edelleen valtavasti suurempi kuin vaikkapa maapallon radan sisäpuolella olevan pimeän aineen massa, joka vastaa pienehköä asteroidia. Niinpä sen vaikutus vaikkapa planeettojen ratoihin ei ole ollenkaan merkittävä, eikä sitä ole havaittu. Toisaalta aurinkokunta on galaksin mittapuulla aika tiivistä tavaraa, ja valtavassa, löyhässä galaksissa pimeän aineen massan vaikutus kiertoliikkeeseen on paljon suurempi.

Jos pimeän aineen luonne yleisemmin kiinnostaa, niin siitä on kirjoittanut (ja kirjoittaa varmasti jatkossakin!) erinomaisesti kosmologi ja hiukkasfyysikko Syksy Räsänen. Syksy kirjoittaa nykyään Kosmokseen kirjoitettua -blogia Ursalle, mutta kenties parhaiten pimeää ainetta pohjustaneet, vanhemmat tekstit löytyvät Tiede-lehden puolelta:

https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/merkkeja_nakyvan_tuolta_puolen
https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pimeyden_henkilollisyys

Tähdet muodostavat galakseja, galaksit galaksijoukkoja ja galaksijoukot lopulta suurimpia universumin rakenteita, kosmisia rihmoja, joiden väliin jää suuria tyhjiä kuplia, voideja, jotka sisältävät vain hyvin vähän tai ei ollenkaan galakseja. Nämä galaksirihmat on havaittu taivaalla, ja jos tutkitaan pimeän aineen seikkailuja tietokoneella miljardien vuosien saatossa, sen havaitaan muodostavan vastaavia rihmoja. Usein sanotaankin, että pimeä aine on universumin selkäranka. Tässä on kuvankaappaus yhdestä tällaisesta simulaatiosta eli tietokonemallista. Universumin selkärangan rakentumista lähes tasajakoisesta alkutilasta voi seurata oheisesta videosta. Kirkkaimmissa solmukohdissa on runsaammin pimeää ainetta, ja ne ovat myös paikkoja, joissa sijaitsevat suurimmat galaksiryppäät. Tältä universumi suunnilleen näyttäisi, jos katsoisimme sitä hyvin kaukaa. Oikean yläkulman laskuri kertoo ajan kulkevan: Gyr tarkoittaa miljardia vuotta. Simulaatio kattaa koko universumin kehityksen. Video: https://www.cfa.harvard.edu/…/Movies/movie8_br05.0_fps35.mp4 Kuva Benedikt Diemer ja Phil Mansfield Lisää saman tiimin videoita ja tiedot käytetyistä parametereista: http://www.benediktdiemer.com/visualization/movies/

Tähdet muodostavat galakseja, galaksit galaksijoukkoja ja galaksijoukot lopulta suurimpia universumin rakenteita, kosmisia rihmoja, joiden väliin jää suuria tyhjiä kuplia, voideja, jotka sisältävät vain hyvin vähän tai ei ollenkaan galakseja.
Nämä galaksirihmat on havaittu taivaalla, ja jos tutkitaan pimeän aineen seikkailuja tietokoneella miljardien vuosien saatossa, sen havaitaan muodostavan vastaavia rihmoja. Usein sanotaankin, että pimeä aine on universumin selkäranka.
Tässä on kuvankaappaus yhdestä tällaisesta simulaatiosta eli tietokonemallista. Universumin selkärangan rakentumista lähes tasajakoisesta alkutilasta voi seurata oheisesta videosta. Kirkkaimmissa solmukohdissa on runsaammin pimeää ainetta, ja ne ovat myös paikkoja, joissa sijaitsevat suurimmat galaksiryppäät. Tältä universumi suunnilleen näyttäisi, jos katsoisimme sitä hyvin kaukaa.
Oikean yläkulman laskuri kertoo ajan kulkevan: Gyr tarkoittaa miljardia vuotta. Simulaatio kattaa koko universumin kehityksen.
Video: https://www.cfa.harvard.edu/~bdiemer/Visualizations/Movies/movie8_br05.0_fps35.mp4
Kuva Benedikt Diemer ja Phil Mansfield
Lisää saman tiimin videoita ja tiedot käytetyistä parametereista: http://www.benediktdiemer.com/visualization/movies/

2 kommenttia “Pimeän aineen syleilyssä”

  1. Tuo ensimmäinen videolinkki ei tunnu toimivan mutta jälkimmäisen takaa videoita löytyy.

    Tuo video näyttää siltä että universumi urbanisoituu, alueet tyhjenevät ja keskukset tihenevät.

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Hei, kiitos huomiosta. Sain korjattua linkin.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Jäljet johtavat tähtitehtaalle

22.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Pienempi NGC 5195 (oikealla) on lipumassa hitaasti Pyörregalaksin M51 ohi takakautta. Seuralaisen painovoimavaikutus näyttää selkiyttäneen Pyörregalaksin spiraalirakennetta ja käynnistäneen tähtien syntyä sen kierteissä. Kuva Nasa / ESA / S. Beckwith (STScI) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Pienempi NGC 5195 (oikealla) on lipumassa hitaasti Pyörregalaksin M51 ohi takakautta. Seuralaisen painovoimavaikutus näyttää selkiyttäneen Pyörregalaksin spiraalirakennetta ja käynnistäneen tähtien syntyä sen kierteissä.
Kuva Nasa / ESA / S. Beckwith (STScI) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 22.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Galaksit ovat, kuten jo aiemmin kuvattu, pimeän aineen pilvien sisäänsä houkuttamia kokoelmia kaasua, pölyä ja tähtiä, siis eräänlaisia kosmisia kökkäreitä. Galakseja pitävät koossa pimeän aineen sekä näkyvän aineen massa ja painovoima. Voisi sanoa, että galaksien sisältämä tavara pöristelee ympäri avaruuteen painamaansa kuoppaa.

Elliptisistä galakseista on puhuttu näissä Linnunrata-sarjan teksteissä niin paljon, että otetaan tähän kuva yhdestä sellaisesta. NGC 1132 on valtava köriläs joka sijaitsee noin 320 miljoonan valovuoden päässä. Se löllii valtavassa pimeän aineen pilvessä, josta riittäisi kymmenille tai sadoille tavanomaisille galakseille. Galaksia kiertää tuhansia pallomaisia tähtijoukkoja ja kääpiögalakseja, jotka näyttävät olevan jämiä muinaisista syömingeistä. Sen takana avaruudessa näkyy suuri määrä paljon kauempana olevia galakseja. Kuva Nasa, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Acknowledgment: M. West (ESO, Chile)

Elliptisistä galakseista on puhuttu näissä Linnunrata-sarjan teksteissä niin paljon, että otetaan tähän kuva yhdestä sellaisesta. NGC 1132 on valtava köriläs joka sijaitsee noin 320 miljoonan valovuoden päässä. Se löllii valtavassa pimeän aineen pilvessä, josta riittäisi kymmenille tai sadoille tavanomaisille galakseille. Galaksia kiertää tuhansia pallomaisia tähtijoukkoja ja kääpiögalakseja, jotka näyttävät olevan jämiä muinaisista syömingeistä. Sen takana avaruudessa näkyy suuri määrä paljon kauempana olevia galakseja.
Kuva Nasa, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration. Acknowledgment: M. West (ESO, Chile)

Galaksit voivat kuitenkin olla hyvin eri näköisiä riippuen siitä, kuinka suuria ne ovat, millaisilla radoilla tähdet ja muu aines siellä liikkuu, ja paljonko galaksissa on kaasua käytettävissä tähtien muodostukseen. Paljon vaikuttaa myös se, miten kauas ajassa taaksepäin katsomme, kun katsomme kauas kosmoksen perukoille. Muinoin – siis kaukana – galaksit olivat epämääräisemmän muotoisia. Keskitymme tässä tekstissä puhumaan lähinnä moderneista galakseista, ja sielläkin niistä suurimmista, keskittyen toki Linnunrataan.

Modernit, suuret galaksit ovat joko elliptisiä, spiraaligalakseja tai niiden välimuotoja. Elliptiset galaksit ovat melko piirteettömiä, enemmän tai vähemmän pyöreitä tai sikarinmuotoisia palleroita ja pötkylöitä jotka muuttuvat hissukseen harvemmiksi ulko-osissaan. Elliptiset galaksit voivat olla melko pieniäkin, mutta kaikkein suurimmat galaksit ovat aina elliptisiä. Niissä on runsaasti vanhoja, köykäisiä tähtiä (ne ovat ainoita, jotka ovat enää jäljellä) erilaisilla radoilla keskustan ympäri, mutta ei sitten juuri muuta. Niissä on vain hyvin vähän kaasua jäljellä, joten niissä myös syntyy naftisti uusia tähtiä. Kaikki tavara on jumissa jo olemassaolevissa pitkäikäisissä tähdissä.

Meillä spiraaligalakseissa sen sijaan käy iloinen tähtienmuodostuksen rytke. On kaasua ja pölyä millä mällätä. Nykyään tunnetuista galakseista noin 35 prosenttia on spiraaligalakseja, ja reilulla puolella niistä on keskustassaan sauvamainen rakenne – näin myös Linnunradalla. Ehdottomasti valtaosa spiraaligalakseista pyörii siten, että haarat osoittavat tulosuuntaan. Joidenkin harvinaisempien vastarannankiiskien on kuitenkin havaittu pyörivän siten, että kierteiden kärjet osoittavatkin menosuuntaan.

Kierregalaksit voivat olla ällistyttävän monimuotoisia. Toisilla on kaksi tiukasti kiertynyttä, selkeää spiraalihaaraa, kun taas toisten rakenne on väljempi, haarakkaampi ja epämääräisen repaleinen. Hyvin massiiviseen kiekkoon näyttää syntyvän helpommin kaksihaarainen spiraalirakenne ja kevyempään monihaaraisempi rakenne. Myös galakseja ympäröivä pimeän aineen muodostama halo näyttää saavan aikaan sirpaleisemman spiraalirakenteen.

Kierregalakseissa valtaosa tähtien syntyalueista sijaitsee spiraalihaaroissa. Miksi? Mikä siellä painaa kaasupilviä kasaan ja sysää tähtitehtaan käyntiin?

NGC 4622 on yksi harvoista spiraaligalakseista, joiden on havaittu pyörivän siten, että spiraalihaarat aukeavat menosuuntaan. Galaksi pyörii meistä katsottuna myötäpäivään. Poikkeuksellisen pyörimisen uskotaan johtuvan siitä, että NGC 4622 on ohittanut menneisyydessä jonkin toisen galaksin, joka on kääntänyt sen pyörimissuunnan. Galaksilla nähdään itse asiassa kaksi spiraalirakennetta, jotka aukeavat eri suuntiin. Havaintojen perusteella materian kiertosuunta kiekossa on kuitenkin sama, joten toinen spiraalirakenteista on edistävä. Kuva Nasa / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

NGC 4622 on yksi harvoista spiraaligalakseista, joiden on havaittu pyörivän siten, että spiraalihaarat aukeavat menosuuntaan. Galaksi pyörii meistä katsottuna myötäpäivään. Poikkeuksellisen pyörimisen uskotaan johtuvan siitä, että NGC 4622 on ohittanut menneisyydessä jonkin toisen galaksin, joka on kääntänyt sen pyörimissuunnan. Galaksilla nähdään itse asiassa kaksi spiraalirakennetta, jotka aukeavat eri suuntiin. Havaintojen perusteella materian kiertosuunta kiekossa on kuitenkin sama, joten toinen spiraalirakenteista on edistävä.
Kuva Nasa / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Spiraalien tarkka syntymekanismi on kuitenkin askarruttanut tutkijoita tähän päivään saakka, eikä asiasta olla vieläkään yksimielisiä. Spiraalirakenne on hyvin yleinen ilmiö, joten mikä mekanismi ne sitten synnyttääkin, sen tulee esiintyä galaksissa hyvin pitkän aikaa. Voi jopa olla, että spiraalikuvio ei synny kaikkiin galakseihin samalla tavalla. Jotkut galaksit saattavat saada haaransa läheisen seuralaisgalaksin gravitaation aiheuttamana, mutta monilla näin ei selvästi ole.

Tutkijat ovat nykyään kohtuullisen yksimielisiä siitä, että spiraalirakenne liittyy jotenkin tiheyshäiriöihin galaksin kiekossa. Ratkaisematta on kuitenkin se, ovatko spiraalihaarat pysyviä rakenteita, vai ovatko ne väliaikaisia piirteitä joita syntyy ja katoaa jatkuvasti. Mutta mikä saa ne syntymään uudelleen?

Kiekkomaiset, ei-elliptiset galaksit pyörivät keskustansa ympäri siten, että sisempänä kiekossa sijaitsevat tähdet kiertävät keskustaa suunnilleen vakionopeudella, mutta ulompana kiertonopeus hidastuu. Mikäli spiraalihaarat muodostuisivat aina tismalleen samoista tähdistä, tällainen pyörimisliike kiertäisi kierteiskuvion tiukasti keskustan ympärille. Haarat katoaisivat kokonaan näkyvistä vain muutaman galaktisen täyskierroksen aikana.

Näyttää siltä, että spiraalirakenteen on joko jatkuvasti uusiuduttava tai synnyttävä aivan toisella tavalla. Tämä onnistuu, jos spiraalihaarat eivät muodostukaan aina samoista tähdistä, vaan galaksin kiekossa kiertää jonkinlainen tiheysaalto, joka pakkaa väliaikaisesti yhteen lähistölle sattuvia tähtiä ja kaasua.

Tiheysaaltoa voi verrata liikenneruuhkaan: itse ruuhka on ilmiö, joka pysyy pääasiassa paikallaan, mutta siihen osallistuvat autot vaihtuvat koko ajan. Galaktiseen liikenneruuhkaan ajautuvan tähden liike hidastuu ruuhkan kohdalla, ja se viipyy siinä jonkin aikaa ennen kuin jatkaa normaalia kiertoliikettään galaksin keskustan ympäri. Kun kaasupilvi ajautuu ruuhkaan, se rutistuu kasaan ja tähtien synty voi alkaa.

Tässä onkin jotain, millä voi pakokaasuisissa ruuhkissa keventää mieltään. Kasaan rutistumista suosittelemme silti välttämään.

NGC 5584 hehuttelee suuria määriä nuoria, kirkkaita sinisiä tähtiä repaleisissa spiraalihaaroissaan. Spiraalihaarojen välissä on enemmän vanhempia, keltaisia tähtiä. Repaleisia spiraaleja vaikuttaa syntyvän esimerkiksi silloin, kun galaksia ympäröivän pimeän aineen pilvi on hyvin massiivinen suhteessa galaksin kiekon (näkyvän aineen) massaan. Kuva Nasa / ESA / A. Riess (STScI/JHU) / L. Macri (Texas A & M University) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

NGC 5584 hehuttelee suuria määriä nuoria, kirkkaita sinisiä tähtiä repaleisissa spiraalihaaroissaan. Spiraalihaarojen välissä on enemmän vanhempia, keltaisia tähtiä. Repaleisia spiraaleja vaikuttaa syntyvän esimerkiksi silloin, kun galaksia ympäröivän pimeän aineen pilvi on hyvin massiivinen suhteessa galaksin kiekon (näkyvän aineen) massaan.
Kuva Nasa / ESA / A. Riess (STScI/JHU) / L. Macri (Texas A & M University) / The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

4 kommenttia “Jäljet johtavat tähtitehtaalle”

  1. Juhani Harjunharja sanoo:

    Hyvä kirjoitus, mutta mikä osuus galaksien muodostumisessa on mustilla aukoilla? Luetaanko nuo mustat aukot mukaan pimeään aineeseen?

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Suoraan sanoen en tiedä voidaanko sanoa, että mustat aukot eivät voisi vaikuttaa galaksien muodostumiseen, mutta koska supermassiivisia mustia aukkoja löydetään yleisimmin juuri kookkaista spiraali- ja ellipsigalakseista, olisin valmis uskomaan, että mustat aukot kasvavat galaksin mukana, eikä niitä tarvita galaksin muodostumiseen. Pienistä galakseista ei välttämättä löydy supermassiivista mustaa aukkoa. Aukkojen massa näyttää myös olevan sidoksissa galaksin massaan. Aukko kyllä vaikuttaa galaksin kehitykseen myöhemmin, mm. tähtien muodostukseen. Supermassiivisten mustien aukkojen kehityksen tutkimus käy kuumana, avoimia kysymyksiä on mm. se, miten jo noin miljardi vuotta vanhasta universumista löytyy supermassiivisia mustia aukkoja ja miten ne saattoivat kasvaa niin nopeasti. Oletan, että Antti Rantalan esitelmä ensi viikolla saattaa valottaa asiaa, kannattaa seurata lähetystä.

      Mustia aukkoja ei lasketa osaksi pimeää ainetta.

  2. Jani Heiskanen sanoo:

    Suurin osa spiraaligalakseista muistuttaa muodoltaan ja kuvioltaan vettä lavuaarissa, josta on nykäisty tulppa pois.

    Onko galaksien rakenteiden välisiä etäisyyksiä mahdollista tutkia. Loittonevatko spiraalien haarat vai lähenevätkö ne galaksien keskustoja?

    Mikäli pyörimisliike on riittävä ja vetovoima riittävän ”pieni”, niin onko mahdollista, että spiraalin haaran ulkoreuna karkaa spiraalista?

    Elämme mielenkiintoisia aikoja… 😉

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Hyviä kysymyksiä, Jani, enkä osaa vastata niihin ollenkaan riittävällä tarkkuudella. Spiraalihaarojen dynamiikan tutkimus sisältää myös runsaasti avoimia kysymyksiä. Galaksien rakenteiden välisiä etäisyyksiä on mahdollista tutkia, mutta kuten etäisyyden määritykset avaruudessa usein, ne ovat enemmän valistuneita arvioita kuin tarkkoja tuloksia. Yleensä tällaisia etäisyyksiä lasketaankin kulmamitoissa — kaarisekunteina ja -minuutteina.

      Loittonevatko spiraalien haarat galaksien keskustoja vai loittonevatko? Kyse liittyy siihen mekanismiin, jolla spiraalihaarat ylipäätään muodostuvat, ja tätä mekanismia ei vielä varmuudella tunneta. Se voi myös olla erilainen eri galakseille. Jos haarat lähenisivät galaksin keskustaa pyörimisen myötä, se johtaisi pian kierteiden kiertymiseen tiiviisti galaksin ympäri. Tiheysaaltoteoriassa tätä ei ymmärtääkseni pitäisi tapahtua.

      Tähdet eivät liiku kiekon ulkolaidoilla nopeammin kuin lähellä keskustaa, sillä galaksi ei pyöri kuten jäykkä kappale. Tästä syystä tähdet eivät sinkoile ulos ainakaan pylrimisliikkeen johdosta galaksin ulkolaidoilta. Sen sijaan lähiohitukset keskustan mustan aukon kanssa voivat aiheuttaa singahtelua, aiheesta lisää tänä sunnuntaina.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Nuoret starat riehuvat Linnunradan lastenkammareissa

16.10.2017 klo 10.19, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Uusia tähtiä syntyy erityisesti spiraalihaarojen kohdalla, niin Linnunradassa kuin tässä sauvaspiraalissa NGC 1300. Kaikkein massiivisimmat ja samalla nuorimmat tähdet hehkuvat kuvassa sinisinä. Ne ovat olemassa kaikkein lyhimmän ajan, ja siksi niiden sijainti kertoo hyvin, missä tähtien syntyä tapahtuu paraikaa. Kuva NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 15.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

Tomukapaloista kaivautuvat vauvatähdet, tähtien lastenkammarit. Nuoret, rajua elämää viettävät starat hajottamassa paikkoja ja kiusaamassa pienempiään. Luomisen pilarit. Jumalan sormet.

Tähti on syntymässä kaasupilven uumenissa Orionin tähdistön suunnalla noin 1350 valovuoden päässä. Nopean pyörimisen johdosta sen pinnalle pyrkivää kaasua sinkoutuu tähden napojen suuntaisesti kapeina keiloina ympäröivään avaruuteen. Tällaiset napasuihkut ovat tyypillisiä nuorille tähdille. Kuva ESA / Hubble & NASA, D. Padgett (GSFC), T. Megeath (University of Toledo), and B. Reipurth (University of Hawaii)

Tähtien synty on mielikuvitusta kutittelevaa puuhaa ja pastellinsävyissä hehkuvat tähtien syntyalueet ovat yksiä avaruuden valokuvauksellisemmista kohteista. Kaasun kauneutta ällistellessä ei tule edes mieleen, että siitä noin 70 % on eri muodoissa olevaa vetyä, noin 28 % on heliumia, ja kaikkia muita alkuaineita on vain noin kaksi prosenttia. Satunnaiset tummat riekaleet kaasun lomassa muodostuvat pölystä, jota on vain sadasosa kaikesta kaasun määrästä.

Linnunrata on, kuten aiemmin kuvailtua, kookas sauvaspiraaligalaksi. Se ei ole enää (tai tällä hetkellä) aktiivinen tähtiryöppygalaksi, jossa tähtien rakennusmateriaalia on niin paljon että tähtiä syntyy vähän joka paikassa ja roppakaupalla: galaksissamme syntyy joka vuosi vajaat kymmenen Auringon massaa uusia tähtiä.  Toisaalta emme ole (ainakaan vielä) myöskään pullea ellipsigalaksi, joka on menettänyt tähtiä synnyttävän kaasunsa ympäröivään avaruuteen ja jossa on vain vanhoja tähtiä, eikä uusia enää synny. Ylipäätään modernissa maailmankaikkeudessa, siis muutaman miljardin valovuoden päässä meistä, syntyy vähemmän tähtiä kuin tätä vanhemmassa eli kaukaisemmassa maailmankaikkeudessa.

Linnunradassa, kuten muissakin kierregalakseissa, tähtiä syntyy erityisesti galaksin tasoon ja spiraalihaaroihin. (Miksi näin on, ja miten spiraalihaarat syntyvät, selviää ensi viikolla.) Niiden alueella galaksimme kaasu- ja pölypilvet menevät ruttuun ja niiden tiheimmät alueet tiivistyvät entisestään, ja jos kriittinen tiheys ylittyy, pilvet alkavat luhistua oman painonsa alla ja jakautuvat pienempiin osiin joista alkaa syntyä tähtiä.

Pilven kaasussa on erisuuntaista pientä liikettä, ja kun tällaista vähän pyörivää kaasua runnotaan kasaan, liike kiihtyy. Idea on sama kuin taitoluistelussa, jossa kädet levällään piruettia tekevä luistelija alkaa pyöriä nopeammin, kun hän kietoo kädet ympärilleen. Syntyvät, tiivistyvät tähdet siis pyörivät vauhdikkaasti. Myös ympäröivä kaasupilvi lättänöityy tähden lähellä pyörimisen vaikutuksesta ja siitä muodostuu kiekko, jossa mahdolliset planeetat muodostuvat.

Vastasyntyneiden tähtien rykelmä nimeltä Pismis 24 sijaitsee Skorpionin tähdistön suunnalla noin 5500 valovuoden etäisyydellä. Osa sen nuorista tähdistä on valtavan massiivisia ja kuumia, ja niiden raju säteily on puhaltanut ympäröivään valtavaan kaasupilveen kuplan tuoden tähdet näkyviin. Tummemmat, pölyrikkaat kaasurepaleet kuvan alalaidassa sinnittelevät säteilyä vastaan. Niiden uumenissa saattaa olla käynnissä uusien tähtien muodostusta, jonka nuorten starojen kaasuatiivistävä riehunta on potkaissut käyntiin. Kuva NASA, ESA and Jesús Maíz Apellániz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Spain). Acknowledgement: Davide De Martin (ESA/Hubble)

Kokoon lyyhistyvä pilvenlonka ei suinkaan ala hehkua tähtivaloa saman tien, vaan aluksi se on vain tavallista tiheämpi kohta pilvessä, joka houkuttaa ympäriltään itseensä kaasua. Mitä tiiviimpi syntyvästä tähdestä kasvaa, sitä kiivaammin se houkuttaa itseensä pilven materiaalia ja pyörii yhä vinhemmin. Se saattaa keventää oloaan jakautumalla kahtia tai useampaan osaan, jolloin syntyy kaksoistähtiä tai vielä monimutkaisempia systeemejä.

Tiiviiksi pakkautuva kaasu alkaa vähitellen lämmetä kasvavan paineen vaikutuksesta. Tähtialokkaan oma painovoima kiskoo sitä hitaasti kasaan. Se tiivistyy tiivistymistään kunnes lopulta lämpötila sen ytimessä saavuttaa noin 10 miljoonaa astetta ja energiaa tuottavat ydinreaktiot voivat alkaa: tähdestä on tullut oikea tähti. Mitä suurempi tähti on kyseessä, sitä nopeammin tämä lämpötila saavutetaan, ja esiemerkiksi 15 Auringon massainen tähti alkaa loistaa ydinvaloa noin 60 000 vuodessa. Auringolla meni tähän joitain kymmeniä miljoonia vuosia.

Aivan piskuisilta tähdiltä, jotka ovat massaltaan noin kymmenyksen Auringosta, kestää satoja miljoonia vuosia, ennen kuin ydinreaktiot voivat alkaa. Eivätkä kaikki tähtialkiot kasva edes niin suuriksi: jos tähtösen massa jää alle kahdeksaan prosenttiin Auringon massasta, lämpötila sen ytimessä ei koskaan kasva riittävästi ja siitä tulee ruskea kääpiö: tiivistymislämpöään himmeänä säteilevä epäonnistunut tähti.

Tähden massalla on myös yläraja. Aivan supersuuret tähdet säteilevät niin kiivaasti, että säteilyn aiheuttama paine saa ne pärskimään pinnaltaan suuria määriä materiaalia ympäröivään avaruuteen. Toistaiseksi raskain tunnettu tähti on R136a1, jonka massa vastaa 315 Aurinkoa ja joka on 8,7 miljoonaa kertaa omaa tähteämme kirkkaampi.

Tällaiset raskaansarjan kummajaiset ovat kuitenkin hyvin harvinaisia. Itse asiassa yli 80 % Linnunradan tähdistä näyttää olevan Aurinkoa kevyempiä ja viileämpiä pikkutähtiä. Mitä pienemmästä tähdestä on kyse, sitä enemmän niitä on.

Syntyneet tähdet kaivautuvat esiin ympäröivästä pilvestä suuret kuumat tähdet etunenässä: niiden hurja loiste kaivertaa kaasuun suuria valaistuja onkaloita. Mikäli pilvessä on ollut tomuisia klimppejä, ne varjelevat takanaan olevaa kaasua tältä porotukselta, mikä muovaa pilveen sormimaisia ulokkeita. Tällä tapaa on syntynyt yksi tähtitieteen ikonisimmista kuva-aiheista, Kotkasumun Luomisen pilarit.

Yksi tähtitieteen ikonisimmista kuva-aiheista ovat Kotkasumun “Luomisen pilarit”. Tämä kuva on otettu Hubble-avaruusteleskoopin 25-vuotisjuhlavuonna paremmalla kameralla, kun alkuperäinen Hubblen kuva vuodelta 1995 oli jo ennättänyt esiintyä elokuvissa, tv-sarjoissa, t-paidoissa, tyynyissä ja jopa postimerkissä. Pilarit osoittavat erehtymättä kohti noin neljää hyvin massiivista tähteä, jotka syntyivät sumussa ensimmäisten joukossa reilut miljoona vuotta sitten. Niistä massiivisin vastaa noin 80 Aurinkoa. Pilareista vasemmanpuolimmaisin on hiukan tähtiä kauempana siten, että sen meille päin näkyvä kylki näkyy selvästi valaistuna. Kaksi muuta pilaria on hiukan meitä lähempänä, ja ne näyttävät meille varjoiset selkäpuolensa. Myös Auringon uskotaan muodostuneen Kotkasumun tapaisessa ympäristössä. Aurinkokunnasta on löytynyt radioaktiivisia alkuaineita, joita uskotaan syntyvän vain massiivisten tähtien räjähtäessä supernovina. Aurinkokunnan kehittyessä lähistöllä on siis ollut vasta muodostunut, nopeasti kehittynyt massiivinen tähti – samanlainen kuin ne, jotka ovat säteilyllään muovanneet Luomisen pilarit. Kuva NASA, ESA / Hubble and the Hubble Heritage Team

Yksi tähtitieteen ikonisimmista kuva-aiheista ovat Kotkasumun “Luomisen pilarit”. Tämä kuva on otettu Hubble-avaruusteleskoopin 25-vuotisjuhlavuonna paremmalla kameralla, kun alkuperäinen Hubblen kuva vuodelta 1995 oli jo ennättänyt esiintyä elokuvissa, tv-sarjoissa, t-paidoissa, tyynyissä ja jopa postimerkissä.
Pilarit osoittavat erehtymättä kohti noin neljää hyvin massiivista tähteä, jotka syntyivät sumussa ensimmäisten joukossa reilut miljoona vuotta sitten. Niistä massiivisin vastaa noin 80 Aurinkoa. Pilareista vasemmanpuolimmaisin on hiukan tähtiä kauempana siten, että sen meille päin näkyvä kylki näkyy selvästi valaistuna. Kaksi muuta pilaria on hiukan meitä lähempänä, ja ne näyttävät meille varjoiset selkäpuolensa.
Myös Auringon uskotaan muodostuneen Kotkasumun tapaisessa ympäristössä. Aurinkokunnasta on löytynyt radioaktiivisia alkuaineita, joita uskotaan syntyvän vain massiivisten tähtien räjähtäessä supernovina. Aurinkokunnan kehittyessä lähistöllä on siis ollut vasta muodostunut, nopeasti kehittynyt massiivinen tähti – samanlainen kuin ne, jotka ovat säteilyllään muovanneet Luomisen pilarit.
Kuva NASA, ESA / Hubble and the Hubble Heritage Team

2 kommenttia “Nuoret starat riehuvat Linnunradan lastenkammareissa”

  1. Ovatko ne neljä painavaa tähteä pilareiden takana piilossa vai onko ne rajattu kuvasta ulos?

    1. Anne Liljestrom sanoo:

      Ne eivät näy kuvassa vaan ovat rajautuneet sen ulkopuolelle. Pilarit osoittavat suoraan niitä kohti.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Muita maailmoja Linnunradassa

8.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 8.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017 sekä Kansainvälistä avaruusviikkoa 4.-10.10., jonka teemana tänä vuonna on ”Exploring new worlds in space”.

Eksoplaneettoja eli muita kuin omaa tähteämme kiertäviä planeettoja on löydetty 1990-luvulta saakka. Ensimmäiset löydetyt planeetat olivat hyvin kummallisia meille aurinkokunnan touhuihin tottuneille: ne olivat jättimäisiä kaasuplaneettoja, jotka kiersivät soikeilla radoilla pöyristyttävän lähellä tähteään – jopa niin lähellä, että yhteen kierrokseen sen ympäri meni vain muutamia päiviä.

Eksoplaneettojen suora kuvaaminen on todella haastavaa, koska tähdet ovat kirkkaita ja planeetat eivät ole. Tämä kuva on parasta, mihin toistaiseksi pystytään. Siinä vuonna 2016 löydetty eksoplaneetta HD 131399Ab seikkailee kolmoistähtijärjestelmän sisällä. (Tähdet ovat kuvassa ylävasemmalla ja alaoikealla, planeetta on keskellä.) Se on kooltaan ”vain” nelisen Jupiterin massaa ja sen lämpötila on ”vain” 580 celsiusastetta, mikä tekee siitä pienimmän ja kylmimmän eksoplaneetan mitä on saatu valokuvattua suoraan. ESOn sivuilta löytyy pitkä ja seikkaperäinen teksti planeetasta suomeksi: https://www.eso.org/public/finland/news/eso1624/ Kuva ESO / K. Wagner et al.

Eksoplaneettojen suora kuvaaminen on todella haastavaa, koska tähdet ovat kirkkaita ja planeetat eivät ole. Tämä kuva on parasta, mihin toistaiseksi pystytään. Siinä vuonna 2016 löydetty eksoplaneetta HD 131399Ab seikkailee kolmoistähtijärjestelmän sisällä. (Tähdet ovat kuvassa ylävasemmalla ja alaoikealla, planeetta on keskellä.) Se on kooltaan ”vain” nelisen Jupiterin massaa ja sen lämpötila on ”vain” 580 celsiusastetta, mikä tekee siitä pienimmän ja kylmimmän eksoplaneetan mitä on saatu valokuvattua suoraan. ESOn sivuilta löytyy pitkä ja seikkaperäinen teksti planeetasta suomeksi:
https://www.eso.org/public/finland/news/eso1624/
Kuva ESO / K. Wagner et al.

Meillähän kaasuplaneetat ovat kiltisti planeettakunnan ulkolaidalla. Kaikki meikäläiset planeetat kiertävät Aurinkoa liki pyöreillä radoilla ja pätsimäiseltä Merkuriukseltakin kestää säädylliset kolmisen kuukautta kiertää tähtemme ympäri.
Planeetat syntyvät tiivistymässä olevan tähden ympärille muodostuvassa kaasu- ja pölykiekossa. (Tähtien synnystä lisää ensi viikolla!) Yleisen käsityksen mukaan kosmisten pölyhiukkaset takertuvat kiekossa hissukseen toisiinsa ja kasvavat törmäilemällä suuremmiksi. Nopeimmin kasvavat ulompana kiekossa kehittyvät yksilöt, joiden kylmillä syntyalueilla on riittävästi jäätä kasvuun. Tämä mahdollistaa jättiläisplaneettojen muhkean kaasukehän muodostumisen.

Eksoplaneettoja meidän kapeakatseiset oletuksemme eivät kuitenkaan kiinnnostaneet ja tähden kyljessä kieppuvia jättiläisplaneettoja löytyi aina vain lisää. Käyttöön vakiintui termi ”kuuma jupiter”. Paitsi että planeettojen kehitys alkoi näyttää hyvin hämmentävältä, ei elämän esiintyminen muualla maailmankaikkeudessa näyttänyt sekään kovin hääviltä. Mitä kävisi kiviplaneetoille moisessa systeemissä? Kuumien jupiterien mahdollisten kuidenkin pinnalla olisi lyijyä sulattavat helteet.

Sittemmin hoksattiin mekanismi, jonka avulla planeetat voivat muodostumisensa aikana siirtyä joko lähemmäs (tai kauemmas) tähdestään. Tähtiä hipovat kaasujätit olivat voineet alun perin muodostuneet kauempana, jossa jäitä on yllin kyllin. Nykyään näyttää siltä, että Jupiter ja Saturnuskin ovat seikkailleet villissä nuoruudessaan ympäri aurinkokuntaa.

Konstit etsiä planeettoja ovat nykyään pitkälti samat kuin ennenkin: tähden edestä kulkevat planeetat himmentävät tähden loistetta ja muunlaisilla radoilla kulkevat nykivät hiukan tähteä niin että se näyttää huojahtelevan taivaalla. Tähden valo on opittu miinustamaan kuvasta siten, että himmeät planeetat sen vierellä tulevat näkyviin. Näin on saatu muutamia suoria valokuvia eksoplaneetoista.

Eksoplaneettoja on silti hankalaa havaita. Tähdet ovat suuria ja kirkkaita, ja planeetat niiden rinnalla pikkuruisia, minkä lisäksi ne eivät säteile valoa – korkeintaan hehkuvat hiukan lämpiminä tai heijastavat tähden loimua.

Menetelmien tarkkuus on kuitenkin kehittynyt. Siinä missä aiemmin löydettiin vain ne ne helpot tapaukset – tähteä vavisuttavat läheiset jättiplaneetat – nykyään löydetään myös pieniä kiviplaneettoja kauempaa tähteään, alueelta, jossa vesi voisi esiintyä juoksevana. Sehän on kiinnostavaa, jos elämän etsintä kiinnostaa. Ja kiinnostaahan se! (Tässä kohtaa voidaan esittää asiallinen kysymys, tarvitseeko elämä vettä syntyäkseen. Lyhyesti: emme tiedä, mutta vesi on kovin yleistä Linnunradassa ja ainoa tuntemamme elämä tarvitsee vettä. Jotain liuotinta jossa kemialliset reaktiot tapahtuvat taidetaan tarvita. Ja jostainhan se etsintä on aloitettava.)

Tässä videossa neljä Jupiteria suurempaa planeettaa kiertää kirkasta tähteä HR 8799, joka sijaitsee noin 130 valovuoden päässä meistä. Kaikki kiertävät tähteä melko kaukana – sisin niistä kiertäisi aurinkokunnassa Saturnuksen ja Uranuksen ratojen välissä. Tähden valo on saatu poistettua kuvasta, jolloin planeetat tulevat näkyviin. Videoon on yhdistetty Keck-teleskoopilla seitsemän vuoden aikana tehdyt havainnot planeettojen liikkeestä.

Tätä kirjoittaessa vahvistettuja eksoplaneettalöytöjä on reilut 3 600 kappaletta. Tunnemme 616 useamman planeetan järjestelmää. Näiden avulla voidaan koettaa arvioida, miten yleisiä erilaiset planeetat lopulta ovat. Koska käytännössä kaikki löytyneet eksot sijaitsevat Linnunradassa, arviot koskevat suoraan omaa galaksiamme.

Lähtökohta on toki se, montako tähteä Linnunradassa on. Niitäkään ei kukaan ole yksitellen laskenut (ajatelkaa, mikä homma siinäkin olisi) emmekä edes voi nähdä kaikkia, mutta eri havaintoja yhdistelemällä on päätelty, että niitä on sadasta neljäänsataan miljardia kappaletta.

Muodostuuko kaikkien niiden ympärille planeettoja? Varmastikaan ei ihan jokaisen, koska tähdet muodostuvat suurissa ryppäissä ja naapuruston meiningit vaikuttavat planeettoja synnyttävän kiekon olemassaoloon. Iso kirkas naapuri saattaa säteillä koko kiekon tiehensä. Mutta kaikki tähdet syntyvät kaasupilvistä, ja kiekon muodostuminen niiden ympärille tapahtuu luonnollisena seurauksena sille, että pilven materiaalia putoaa pyörivän tähtialokkaan pinnalle.

Tähdet valmistavat ydinprosesseissaan ja supernovina räjähdellessään raskaampia alkuaineita. Punaiset jättiläistähdet rakentelevat pölyä pintakerroksissaan, jotka ne hulmauttavat avaruuteen elämänsä ehtoolla. Mitä useampi tähtisukupolvi on rikastuttanut kaasupilviä posahdellessaan, sitä enemmän siellä on planeettojen rakennusmateriaaleja.

Millaisia planeettoja siellä syntyy? Kaasuplaneetat kasvavat kaasun avulla, ja kun tähti on kasvanut riittävän suureksi syttyäkseen loistamaan, se puhaltaa kiekon kaasut ympäriltään hiiteen. Kiviplaneetat voivat kasvaa edelleen popsimalla ympäristönsä kiinteitä murikoita joita nuoren tähden uhittelu ei hätkäytä. Näitä kiviplaneettojen tähteitä on meilläkin edelleen olemassa, kutsumme niitä asteroideiksi.

Toistaiseksi löydettyjen eksoplaneettojen koko- ja koostumusjakauman perusteella alkaa näyttää siltä, että planeetat ovat valtavan yleisiä, ja kiviplaneettoja on enemmän kuin kaasujättejä. Viralliset arviot Linnunradan eksoplaneettojen määrästä liikkuvat 100 miljardin planeetan kieppeillä, ja Auringon kaltaisten tähtien ympärillä, alueella jossa vesi voi virrata nestemäisenä, on arvioitu olevan reilut 10 miljardia kivistä planeettaa. Sitten ovat vielä ne arviolta miljardit yksinäiset hiipparit, jotka ovat tulleet singotuksi ulos planeettakunnastaan sen syntyaikojen lähiohituksissa. Aurinkokuntakin näyttää dynamiikkalaskujen mukaan menettäneen ainakin yhden planeetan tällä tavalla.

Ovatko ne elinkelpoisia? Sitä ei osaa sanoa kukaan. Käsityksemme elämästä on hiukan rajallinen, mutta lääniä näyttää piisaavan. Ja etsintähän on oikeastaan vasta alkanut.

 

Koska eksoplaneettoja on niin vaikea valokuvata, ja ne nähdään kuvissa toistaiseksi vain murheellisina valotöhninä, voimme koettaa tehdä valistuneita arvailuja siitä, miltä niiden pinnalla voisi näyttää. Tätä varten on olemassa avaruuskuvittajia, jotka tekevät tähtitieteilijöiden kanssa yhteistyötä, jotta kuvat voisivat vastata todellisuutta mahdollisimman hyvin. Tämä taiteilijan näkemys esittää auringonlaskua nähtynä kolmoistähtijärjestelmässä kiertävältä planeetalta nimeltä Gliese 667 Cc. Se vastaa massaltaan noin neljää maapalloa ja sijaitsee meistä vajaan 24 valovuoden etäisyydellä. Tällaisia planeettoja kutsutaan usein supermaapalloiksi, ja koska sen läpimittaa ei tunneta, ei ole varmaa, onko kyseessä kiviplaneetta vai hyvin pieni kaasuplaneetta. Tässä on kuviteltu sen olevan kiviplaneetta (jonka pinnalla virtaa vieläpä jotain nestettä). Taivaan kirkkain tähti on punainen kääpiö Gliese 667 C. Kaksi muuta tähteä, Gliese 667 A ja B, sijaitsevat kauempana ja näkyvät taivaalla oikealla. Kuva ESO / L. Calçada

Koska eksoplaneettoja on niin vaikea valokuvata, ja ne nähdään kuvissa toistaiseksi vain murheellisina valotöhninä, voimme koettaa tehdä valistuneita arvailuja siitä, miltä niiden pinnalla voisi näyttää. Tätä varten on olemassa avaruuskuvittajia, jotka tekevät tähtitieteilijöiden kanssa yhteistyötä, jotta kuvat voisivat vastata todellisuutta mahdollisimman hyvin. Tämä taiteilijan näkemys esittää auringonlaskua nähtynä kolmoistähtijärjestelmässä kiertävältä planeetalta nimeltä Gliese 667 Cc. Se vastaa massaltaan noin neljää maapalloa ja sijaitsee meistä vajaan 24 valovuoden etäisyydellä. Tällaisia planeettoja kutsutaan usein supermaapalloiksi, ja koska sen läpimittaa ei tunneta, ei ole varmaa, onko kyseessä kiviplaneetta vai hyvin pieni kaasuplaneetta. Tässä on kuviteltu sen olevan kiviplaneetta (jonka pinnalla virtaa vieläpä jotain nestettä). Taivaan kirkkain tähti on punainen kääpiö Gliese 667 C. Kaksi muuta tähteä, Gliese 667 A ja B, sijaitsevat kauempana ja näkyvät taivaalla oikealla.
Kuva ESO / L. Calçada

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Pallomaiset tähtijoukot, galaksinmuodostuksen fossiilit

1.10.2017 klo 07.00, kirjoittaja
Kategoriat: Bongaa Linnunrata , Otsikon takana

Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 1.10.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.

M80 on yksi Linnunradan tiheimmistä pallomaisista tähtijoukoista ja sijaitsee Skorpionin tähdistön suunnalla. Sen sadat tuhannet tähdet ovat pakkautuneet halkaisijaltaan 95 valovuotta olevan pallon sisään. Sen tähdet ovat noin 12,5 miljardia vuotta vanhoja. Kuva Nasa, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA

M80 on yksi Linnunradan tiheimmistä pallomaisista tähtijoukoista ja sijaitsee Skorpionin tähdistön suunnalla. Sen sadat tuhannet tähdet ovat pakkautuneet halkaisijaltaan 95 valovuotta olevan pallon sisään. Sen tähdet ovat noin 12,5 miljardia vuotta vanhoja.
Kuva Nasa, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA

Pallomaiset tähtijoukot ovat ensisilmäyksellä juuri sitä, mitä päällä lukee. Ne ovat pallomaisia, ytimestään tiheitä ja ulospäin harvenevia tähtiryppäitä, joiden muoto on varsin säännöllinen. Niissä on tyypillisesti noin sata tuhatta tähteä, mutta tähtiä voi olla miljoonakin. Ne kiertävät galaksien keskustoja satunnaisen muotoisilla radoilla itsenäisinä, gravitaation koossapitäminä yksiköinä. Tyypillisesti on niin, että mitä suuremmasta galaksista on kyse, sitä useampia pallomaisia joukkoja sen ympäriltä löytyy. Pallomaisia tähtijoukkoja löytyy kaikkien paitsi aivan pienimpien kääpiögalaksien ympäriltä.

Useimpien pallomaisten tähtijoukkojen tähdet ovat erittäin vanhoja. Itse asiassa niiden tähdet ovat usein kaikkein vanhimmasta päästä tähtiä, mitä on ylipäätään löydetty. Lisäksi yhden joukon tähdet näyttävät olevan suunnilleen saman ikäisiä. Ne siis ovat mitä ilmeisimmin muodostuneet samaan aikaan. Miten ihmeessä? (Joistain joukoista on löydetty näennäisen eri-ikäisiä tähtipopulaatioita, mutta ne selittyvät tavalla joka ei muuta samaan aikaan muodostumisen periaatetta. Asiasta kirjoitettiin pitkästi Tähdet ja avaruus –lehden numerossa 1/2015.)

Vielä 1990-luvulla pallomaiset tähtijoukot olivat hyvin kiusallinen mysteeri: niiden tähdet näyttivät olevan vanhempia kuin maailmankaikkeus itse. Vasta kun universumin havaittiin laajenevan kiihtyvällä nopeudella, pallomaiset joukot mahtuivat sen aikaskaalaan. Ne ovat kuitenkin edelleen universumin kaikkein muinaisimpia rakenteita. Vanhimmat niistä ovat peräisin ajalta ennen galakseja, joskin kaikki näyttävät muodostuneen kaasusta joka oli jo kiertänyt muutamien tähtisukupolvien läpi. Ne eivät siis ole varsinaisesti ensimmäisiä tähtiä.

Tähdet syntyvät, kun tähtienvälisessä avaruudessa olevat tiheät kaasu- ja pölypilvet pääsevät luhistumaan oman painonsa alla jonkin ulkoisen häiriön johdosta. Jättiläismäisen kaasupilven luhistuessa tähtiä syntyy kerralla jopa satoja tuhansia. Eri massaisia tähtiä syntyy tietyssä suhteessa: pieniä ja pitkäikäisiä tähtiä syntyy aina tietty määrä enemmän kuin raskaita, lyhytikäisiä jättejä.

Sama pätee myös pallomaisiin tähtijoukkoihin. Koska ne ovat erittäin vanhoja, kaikkein raskaimmat tähdet ovat ennättäneet räjähtää supernovina jo kauan sitten. Koska tähden massa sanelee sen odotettavissa olevan eliniän hyvin tiukasti, pallomaisen tähtijoukon ikä selviää tutkimalla missä kehityksen vaiheessa sen raskaimmat tähdet ovat.

ω Centauria on pidetty pitkään Linnunradan suurimpana pallomaisena tähtijoukkona, mutta sen 10 miljoonassa tähdessä näyttää olevan paljon eri ikäisiä yksilöitä. Ne eivät siis ole kaikki syntyneet samaan aikaan kuten pallomaisissa tähtijoukoissa. Se saattaakin todellisuudessa olla muinoin kaapatun kääpiögalaksin entinen ydin, jonka ulko-osat ovat tulleet rohmutuiksi osaksi Linnunrataa. Jonkin aikaa näytti siltä, että sen ytimessä on kookas musta aukko, mutta sen olemassaolosta kiistellään. Kuva ESO / INAF-VST / OmegaCAM ja A. Grado / INAF-Capodimonte Observatory

ω Centauria on pidetty pitkään Linnunradan suurimpana pallomaisena tähtijoukkona, mutta sen 10 miljoonassa tähdessä näyttää olevan paljon eri ikäisiä yksilöitä. Ne eivät siis ole kaikki syntyneet samaan aikaan kuten pallomaisissa tähtijoukoissa. Se saattaakin todellisuudessa olla muinoin kaapatun kääpiögalaksin entinen ydin, jonka ulko-osat ovat tulleet rohmutuiksi osaksi Linnunrataa. Jonkin aikaa näytti siltä, että sen ytimessä on kookas musta aukko, mutta sen olemassaolosta kiistellään.
Kuva ESO / INAF-VST / OmegaCAM ja A. Grado / INAF-Capodimonte Observatory

Nykyään tiedetään, että lähes kaikki tuntemamme pallomaiset tähtijoukot muodostuivat universumin kahden ensimmäisen miljardin vuoden aikana. Linnunradan vanhimmat tunnetut pallomaiset tähtijoukot ovat yli 13 miljardia vuotta vanhoja.
Kerroimme viime viikolla ensimmäisistä tähtistä ja galakseista ja siitä, miten ne syntyivät pimeän aineen taskuissa universumin ollessa vielä nuori. Nämä taskut, eli pimeän aineen tihentymät, houkuttivat gravitaation avulla itseensä sitä enemmän kaasua, mitä massiivisempia ne olivat. Kaikkein massiivisimmissa pimeän aineen pilvissä syntyivät ensimmäiset pallomaiset tähtijoukot yhdessä rykäisyssä, kun kaasua oli saatavilla tarpeeksi.

Galaksit kasvoivat suuremmiksi kun taskut sulautuivat yhteen, ja pallomaiset tähtijoukot seurasivat mukana. Myöhemminkin galaksit ovat noudattaneet samaa reseptiä eli kavereiden popsimista kokonsa kasvattamiseen, ja niitä aina ympäröivä pimeä aine ja pallomaiset tähtijoukot ovat seuranneet mukana. Juuri tästä syystä suurimmiksi kasvaneilla galakseilla on eniten pallomaisia tähtijoukkoja.

Linnunradalta pallomaisia tähtijoukkoja on löydetty reilut 150 kappaletta, ja muutamia on ehkä edelleen löytämättä. Onko se paljon vai vähän? Naapurillamme, hiukan suuremmalla spiraaligalaksilla Andromedalla niitä näyttää olevan 460 kappaletta. Galaksijoukkojen keskustoissa röhnöttävät jättiläismäiset ellipsigalaksit ovat galaksimaailman superkannibaaleja. Neitsyen galaksijoukon jättiellipsin M87 ympärillä on arvioitu pörräävän peräti 12 000 pallomaista joukkoa.

Pallomaisia tähtijoukkoja saattaa syntyä harvakseltaan edelleen, mikäli olosuhteet ovat oikeat: hulppeasti kaasua synnyttämässä samanaikaisesti lähekkäin suuria määriä tähtiä, jotka jäävät kimppaan painovoiman ansiosta. Valtavien galaksitörmäysten yhteydessä törmäävissä kaasupilvissä onkin nähty syntyvän runsaasti massiivisia tähtiryppäitä, jotka näyttävät aivan nuorilta pallomaisilta joukoilta.

Eräs tutkijayhteisöä edelleen askarruttava asia on rajanveto pallomaisten tähtijoukkojen ja pienten galaksien välillä. Raja on hämärtynyt entisestään viime vuosina: on nimittäin löydetty äärimmäisen tiiviitä tähtiryppäitä, jotka voivat olla joko suuria pallomaisia joukkoja tai pieniä galakseja. Hyvä esimerkki tällaisesta kohteesta on Linnunradan suurin pallomainen tähtijoukko, ω Centauri, joka sisältää jopa 10 miljoonaa tähteä. Se saattaa hyvinkin olla alun perin kääpiögalaksin ydin, joka tuli kaapatuksi Linnunrataan.

On hauskaa kuvitella seisovansa pallomaisen tähtijoukon ytimessä olevalla planeetalla. Sen pinnalla ei ole koskaan yö. Taivasta täplittää joka hetki lukemattomia huikean kirkkaita tähtiä, ja taivas olisi jopa sata kertaa kirkkaampi kuin maapallolla päiväsaikaan. Yhtään planeettaa niistä ei kuitenkaan ole vielä löydetty, mutta etsinnät jatkuvat. Voi olla, että pallomaiset tähtijoukot synnyttäneessä varhaiskaasussa ei ollut vielä riittävästi raskaampia alkuaineita planeettojen muodostamiseen.

Tässä ESOn videossa zoomataan Skorpionin tähdistön suunnalla olevaan pallomaiseen tähtijoukkoon M4. Sen tähdet ovat noin 12,2 miljardia vuotta vanhoja. Joukon läpimitta on 35 valovuotta, ja se levittäytyy taivaalla suunnilleen täysikuun kokoiselle alueelle. Sen pallomaista tähtijoukkoisuutta ei kuitenkaan voi erottaa paljaalla silmällä, vaikka sen kirkkain ydinosa onkin kunnolla pimeässä paikassa juuri ja juuri erotettavissa. Videon alussa näkyvä galaksi on todella oma Linnunratamme ja se näyttää hiukan siltä, kuin sitä katsottaisiin ulkopuolelta. Kuvaan on levitetty Linnunrata sellaisena kuin se näkyy ympäri taivasta, jolloin se näyttää tällaiselta.

ESAn Gaia-avaruusteleskooppi on huippuhyvä mittaamaan tähtien sijainteja ja etäisyyksiä. Se laukaistiin vuonna 2013 ja sen ensimmäisen vuoden havaintoihin perustuvaan kuvaan on merkitty Linnunradan ympärille valkoisella sen havaitsemat pallomaiset tähtijoukot, joskaan kuvasta eivät löydy kaikki 150+ pallojengiä. Kuvaan on merkitty myös muutamia nuorten tähtien muodostamia avoimia tähtijoukkoja sekä lähistön galakseja, kuten Magellanin pilvet, Andromeda ja Kolmion galaksi (M33) sekä pari Linnunradan pientä hännystelijää, kuten pallomaiset kääpiögalaksit (dSph) Draco ja Ursa Minor. Kuva ESA / Gaia / DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

ESAn Gaia-avaruusteleskooppi on huippuhyvä mittaamaan tähtien sijainteja ja etäisyyksiä. Se laukaistiin vuonna 2013 ja sen ensimmäisen vuoden havaintoihin perustuvaan kuvaan on merkitty Linnunradan ympärille valkoisella sen havaitsemat pallomaiset tähtijoukot, joskaan kuvasta eivät löydy kaikki 150+ pallojengiä. Kuvaan on merkitty myös muutamia nuorten tähtien muodostamia avoimia tähtijoukkoja sekä lähistön galakseja, kuten Magellanin pilvet, Andromeda ja Kolmion galaksi (M33) sekä pari Linnunradan pientä hännystelijää, kuten pallomaiset kääpiögalaksit (dSph) Draco ja Ursa Minor. Kuva suurenee klikatessa.
Kuva ESA / Gaia / DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

2 kommenttia “Pallomaiset tähtijoukot, galaksinmuodostuksen fossiilit”

  1. Kari Teliö sanoo:

    Mitä suuruusluokkaa ovat pallomaisten tähtijoukkojen erillisten tähtien välimatkat lähellä keskustaa? Voisiko nykyjärjestelmillä päästä mahdolliselta planeettajärjestelmältä toiselle ihmisiän aikaskaalassa? Jos ei niin pystyisikö moderneilla kaukoputkilla näkemään viereiseltä planeettajärjestelmältä toiselle toisin kuin meillä täällä?

  2. Anne Liljeström sanoo:

    Pallomaisen tähtijoukon ytimessä voi olla peräti tuhat tähteä kuutiossa, jonka sivu on 3,26 valovuotta (eli yksi parsek). Vertailun vuoksi, Aurinkoa lähin tähti Proksima Kentauri on 4,2 valovuoden päässä. Tällöin tähtien väliset etäisyydet ovat verrattavissa aurinkokunnan planeettoja sisältävän ydinalueen kokoon, eli matkustaminen nykymenetelmin olisi siellä ihmisiässä mahdollista. Pallomaiset tähtijoukot eivät kuitenkaan liene suotuisia vakaiden planeettajärjestelmien muodostumiselle toistuvien tähtiohitusten vuoksi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *