Vieraskynä: Magellanin pilvet – erikoiset lähigalaksimme
Kaneli Kivekäs
Magellanin pilvet ovat ihanteellinen kohde tutkia tähtien kehitystä, tähtipopulaatioiden dynamiikkaa sekä galaksien välisiä vuorovaikutussuhteita. Uusi tutkimus antaa viitteitä Pienen Magellanin pilven olevan repeytymässä Suuren Magellanin pilven vetovoimavaikutuksesta. Tämä muuttaisi käsityksemme lähigalaksiemme dynamiikasta.
Magellanin pilvien rakenne ja liikeradat
Suuri Magellanin pilvi (LMC) ja Pieni Magellanin pilvi (SMC) ovat Linnunradan kirkkaimmat seuralaisgalaksit. Ne ovat myös lähimpiä naapurigalaksejamme, ja sijaitsevat vain noin 160 000 ja 190 000 valovuoden päässä meistä. Vertauksena paikallisen galaksiryhmämme suurin galaksi, Andromeda, on jopa 2 363 000 valovuoden päässä. Linnunrata ja Andromeda ovat galaksiryhmämme massiivisimmat galaksit, LMC on kertaluokan niitä kevyempi ja SMC vielä kertaluokkaa kevyempi. Magellanin pilvet ovat erityisiä ja kauan tunnettuja kohteita, sillä ne voidaan havaita Eteläiseltä pallonpuoliskolta paljain silmin. On tiedetty pitkään, että nämä epäsäännölliset galaksit ovat törmäyskurssilla kotigalaksimme kanssa, ja arvioiden mukaan ne kohtaavat 2 miljardin vuoden kuluttua, mikä on paljon aikaisemmin kuin mahdollinen yhteenotto Andromedan kanssa.
Magellanin pilvet ovat myös vuorovaikutuksessa keskenään, ja niitä yhdistää neutraalista vedystä koostuva epäsäännöllinen ja möykkyinen muodostelma, Magellanin silta. Galaksien reunoilta lähtee Magellanin virraksi kutsuttu valtava rakenne, joka koostuu myös pääosin neutraalista vedystä ja ulottuu jopa 180 asteen alueelle taivaalla Linnunradan etelänavan ympäri. Tämän alueen kaasulle on mitattu suuria nopeusvaihteluita, -400 ja 400 km/s välillä, minkä johdosta se luokitellaan suuren nopeuden pilveksi.
Nagoyan Yliopiston tutkijoiden Satoya Nakanon ja Kengo Tachiharan Japanissa johtaman ryhmän uuden tutkimuksen mukaan SMC vaikuttaa olevan repeytymässä LMC:n gravitaation vaikutuksesta. Tutkijat pitivät tulosta jopa niin erikoisena, että luulivat sitä aluksi virheeksi analyysimenetelmissään, mutta lähemmän tarkastelun jälkeen totesivat tulosten olevan kiistattomia. Tutkimus suoritettiin tunnistamalla ja seuraamalla noin 7000 massiivisen tähden liikkeitä SMC galaksissa, ja tulokseksi saatiin, että tähdet lähimpänä LMC galaksia liikkuvat sitä kohti, kun taas vastakkaisen puolen tähdet liikkuvat siitä pois päin.
Tämänlainen nopeusjakauma (kuva 2) viittaa LMC:n vetovoimavaikutukseen SMC galaksiin, ja tukee selitysmallia, jonka mukaan tämä vuorovaikutus johtaisi SMC:n vähittäiseen tuhoutumiseen. Tämä löytö muuttaisi käsityksemme galaksien dynamiikasta ja evoluutiosta.
Tähtien synnyn ja kehityksen tutkiminen
Samassa tutkimuksessa löydettiin, että SMC:n massiiviset tähdet eivät kierrä galaksinsa keskustaa. Tämä on yllättävää, sillä usein nuoret massiiviset tähdet liikkuvat tähtienvälisen kaasun mukana, sillä ne ovat syntyneet siitä, eivätkä ole vielä ehtineet irtautua sen liikkeestä. Tästä taas voidaan päätellä, että kaasu itsessään ei myöskään pyöri galaksin keskustan ympäri. Jos tämä pitää todella pitää paikkansa, aiempi käsityksemme SMC:n massasta ja sen vuorovaikushistoriasta Linnunradan ja LMC:n kanssa täytyisi arvioida kokonaan uudelleen.
Magellanin pilvet avaavat ikkunan aktiiviseen tähtien muodostumiseen ja kehitykseen. Esimerkiksi LMC-galaksissa sijaitseva Tarantellasumu on valtava ionisoituneen vedyn alue, jossa on runsaasti nuoria ja kuumia tähtiä. Sumu on paikallisen galaksiyhmän suurin ionisoituneen vedyn alue, halkaisijaltaan jopa 550 valovuotta. Sen suuri koko ja suhteellinen läheisyys meihin tekee siitä täydellisen kohteen tähtien ja tähtijoukkojen tutkimiseen. Ennen instrumenttien kehittymistä vastaavaa tutkimusta voitiin tehdä vain Linnunradan kohteissa, kun taas Magellanin pilvien avulla voidaan tutkia tähtien syntyä yhteydessä niiden liikkeeseen galaksissa. Nykyään nämä galaksit ovat avainasemassa tähtien ja tähtipopulaatioiden kehityksen tutkimuksessa.
Magellanin pilvet ovat kemialliselta koostumukseltaan suhteellisen metalliköyhiä, toisin kuin Linnunrata, ja vastaavat siis paremmin varhaisemman maailmankaikkeuden koostumusta. Raskaampia metalleja syntyy tähtien ydinfuusiossa, josta ne vapautuvat tähden elinkaaren loppuvaiheessa esimerkiksi supernovissa, ja levittyvät tähtituulten mukana uusien tähtien rakennusmateriaaleiksi. Magellanin pilvien tyyppiset epäsäännölliset galaksit ovat nykyään paljon harvinaisempia, toisin sanoen kauempana, kuin maailmankaikkeuden nuoruudessa. Eli tutkimalla näitä samantyyppisiä, metalliköyhiä lähigalakseja saamme tietoa varhaisesta maailmankaikkeudesta. Nuorimmat tähtipopulaatiot Tarantellasumussa ovat vain 5 miljoonan vuoden ikäisiä. Näiden kehityksen oletetaan siis vastaavan varhaisen maailmankaikkeuden galaksien ja tähtipopulaatioden kehitystä.
Kolmen kappaleen dynamiikka
Magellanin pilvet ovat syntyneet arviolta samoihin aikoihin Linnunradan kanssa, noin 13 miljardia vuotta sitten. Nykyään ne kiertävät Linnunrataa, ja ovat käyneet läpi useita lähiohituksia toistensa kanssa, mutta myös Linnunradan kanssa. Magellanin pilvien liikkeistä Linnunradan suhteen on julkaistu tutkimuksia, joiden mukaan ne liikkuvat mahdollisesti liian nopeasti voidakseen olla Linnunradan pitkäaikaisia seuralaisia. Myöhemmässä tutkimuksessa jopa ehdotettiin, että Magellanin pilvet voivat olla lähtöisin Andromedasta ja ovat vain ohikulkumatkalla.
Magellanin pilvet tulevat ottamaan yhteen Linnunradan kanssa, mutta vuonna 2020 julkaistun tutkimuksen mukaan tämä kohtaaminen on jo nyt havaittavissa uusien tähtien syntynä Linnunradan halon reunoilla. LMC:n tähtikiekon elliptinen kurouma kohti Linnunrataa jo itsessään kertoo näiden galaksien historiasta vuorovesivaikutusten kannalta. Nakanon ja Tachiharan johtama tutkimus antaa lisää eväitä näiden galaksien väliseen dynamiikan ja aikakehityksen ymmärtämiseen.
Kirjoittaja on fysikaalisten tieteiden kandiohjelman opiskelija Helsingin yliopistossa.
Teksti on kirjoitettu osana Helsingin yliopiston opintojaksoa Kerro tähtitieteestä (Työelämätaidot II), jossa opiskeltiin tähtitieteen popularisointia ja yleistajuisten tekstien tuottamista. Ursa julkaisee kurssin harjoitustöiden parhaimmistoa.