Ursa Minor 1/2008
Äärimmäisyyksiä metsästämässä
Syvän taivaan havaitseminen on monella tavalla "extreme-laji". Monet syvän taivaan kohteet ovat äärimmäisen kaukana, tai ne ovat äärimmäisen himmeitä. Monien mielestä juuri äärimmäisyyksien metsästäminen tekee harrastuksesta niin kiehtovan!
Avaruuden mittasuhteet
Syvän taivaan kohteet ovat kaukaisia; niiden etäisyyksiä ei ole edes mielekästä mitata maileina tai kilometreinä. Näiden maallisten yksikköjen sijaan avaruuden suunnattomia etäisyyksiä mitataan valovuosina tai parsekeina (1 parsek = 3,3 valovuotta). Kuten kaikki tiedämme, valovuosi on matka, jonka valo kulkee yhden vuoden aikana. Yksi valovuosi vastaa noin 9,4 tuhatta miljardia kilometriä! Lähin tähtemme, Aurinko, sijaitsee Maasta noin 8 valominuutin matkan päässä. Aurinkomme lähimmälle naapuritähdelle matkaa kertyy yli 4,5 valovuotta, mikä on kuitenkin sangen vähän verrattuna esim. oman galaksimme, Linnunradan halkaisijaan, joka on n. 100 000 valovuotta! Galaksienväliset etäisyydet ovat vielä tätäkin suurempia, esimerkiksi Linnunratamme lähin iso naapurigalaksi, Andromedan galaksi sijaitsee meistä n. 2,9 miljoonan valovuoden päässä! Maailmankaikkeutemme sai alkunsa n. 13,7 miljardia vuotta sitten alkuräjähdyksessä. Hyvin pian alkuräjähdyksen jälkeen, maailmankaikkeus alkoi laajentua sellaisella nopeudella, että jopa valo jäi siinä haipakassa kakkoseksi. Tämän seurauksena voimme nähdä maailmankaikkeudesta vain sen osan, josta valo on ehtinyt tänne meille. Tämä näkyvän maailmankaikkeuden reuna on n. 13,7 miljardin valovuoden päässä.
Kuva 1. Kolmion galaksi paljain silmin - Jere Kahanpää. | 
Kuva 2. Kvasaari 3C 273 - Iiro Sairanen. |
Kuinka kauas sitten on mahdollista nähdä?
Kaukaisin paljain silmin näkyvä kohde on kaikille tuttu Andromedan galaksi, joka sijaitsee n. 2,9 miljoonan valovuoden päässä. Tämä etäinen kohde näkyy pimeällä paikalla pitkulaisena utuplänttinä. Toinen kaukainen Linnunradan lähinaapuri on Kolmion galaksi, joka sijaitsee n. kolmen miljoonan valovuoden päässä. Kuitenkin tämä galaksi on pintakirkkaudeltaan niin himmeä, että se näkyy vain erittäin hyvissä olosuhteissa.
Vielä huomattavasti kaukaisempi kohde on Isossa karhussa majaileva spiraaligalaksi M81, joka on niin vaikea kohde, että sen on paljain silmin onnistunut näkemään vain muutama ihminen. Matkaa M81:een kertyy kaikkiaan n. 12 miljoonaa valovuotta. M81:n bongaaminen paljain silmin on sellainen temppu, joka onnistuakseen vaatii täydelliset olosuhteet, ja kokeneen, tarkkasilmäisen havaitsijan.
Vaikka jo paljain silmin voi nähdä todella kauas, niin vielä paljon kauemmaksi nähdäkseen tarvitsee kaukoputkea, mitä isompi, sitä parempi. Tavallisella, n. 11-15 cm:n harrastajaputkella on mahdollista nähdä ainakin 2,4 miljardin valovuoden päähän. Näin kaukana sijaitsee 3C273, joka on Neitsyeen tähdistössä sijaitseva kvasaari, eli kvasistellaarinen (tähdenkaltainen) kohde. Sen lisäksi, että tämä kohde sijaitsee äärimmäisen kaukana, se on myös äärimmäisen kirkas. Nimittäin sen absoluuttinen magnitudi on -26,7 (esim. Auringon vastaava luku on 4,8; mitä negatiivisempi luku, sitä valovoimaisempi kohde). Kohteen näennäinen visuaalinen kirkkaus on n. 13 magnitudia, joten se on hyvin havaittavissa tavallisilla harrastajan laitteilla.
Tällaiset kvasaarit ovat aktiivisia galaksiytimiä, joissa ydin on niin suunnattoman kirkas, että sen säteilemä valo peittää alleen koko muun galaksin. Aktiivisissa galaksiytimissä jylläävät sellaiset voimat, että siellä minkäänlaisen elämän olisi melko tukala olla. Tämän valtavan energiamäärän lähteenä on mitä todennäköisimmin supermassiivinen musta aukko, joka imee jatkuvasti materiaalia itseensä ympäristöstään. Syöksyessään mustaan aukkoon materiaali kuumenee sellaisiin lämpötiloihin, että se alkaa säteillä sähkömagneettista säteilyä aina gammasäteilystä radiosäteisiin. Itse asiassa kvasaarit löydettiin juuri radioaalloilla, ja tämä 3C273 on Cambridgen yliopiston kolmannen radiokohteiden luettelon 273. kohde. Kaukaisin tunnettu kvasaari sijaitsee näkyvän maailmankaikkeuden reunalla n. 13 miljardin valovuoden päässä. Näin kaukana sijaitsevan kohteen valo on lähtenyt matkaamaan tänne ennen kuin koko maapalloa, tai aurinkokuntaa (aurinkokuntamme syntyi 4,5 miljardia vuotta sitten) oli edes olemassa!
Avaruuden vauvat ja vaarit
Kuten jo edellä on käynyt ilmi, ovat syvän taivaan kohteet ihmisen mittapuun mukaan äärimmäisen vanhoja. Kuitenkin syvän taivaan kohteiden ikähaarukka on laaja; nuorimmat avonaiset joukot voivat olla vain muutaman miljoonan vuoden ikäisiä, mikä on todella vähän verrattuna kaikkein iäkkäimpiin galakseihin ja kvasaareihin, jotka saattavat olla jopa yhtä vanhoja kuin koko maailmankaikkeus. Yleistäen voidaan sanoa, että syvän taivaan nuorimpia kohteita ovat planetaariset sumut, supernovajäännökset, kaasusumut ja monet avonaiset tähtijoukot. Syvän taivaan vanhuksia taas ovat jotkut avonaiset tähtijoukot, pallomaiset joukot sekä galaksit.
Syvän taivaan nuorimpiin ja lyhytikäisimpiin kohteisiin kuuluvat planetaariset sumut ja supernovajäännökset. Planetaariset sumut ja supernovajäännökset ovat kuolleiden tähtien jäännöksiä. Planetaarinen sumu syntyy suunnilleen auringonmassaisen tähden kuolinkouristusten tuloksena. Loppuvaiheidensa aikana tällainen auringonmassainen tähti joutuu epätasapainoiseen tilaan, ja alkaa sykkiä voimakkaasti (Tällaisia tähtiä ovat esim. Mira-tyyppiset muuttujat). Jokaisen sykäyksen aikana tähdestä sinkoutuu materiaalia avaruuteen. Tämä tähdestä sinkoutuva materiaali muodostaa ennen pitkää laajenevan kehämäisen (tai oikeastaan kuplamaisen) rakenteen, jota kutsutaan planetaariseksi sumuksi. Tällaiset planetaariset sumut ovat suhteellisen lyhytikäisiä, vanhimmat planetaariset sumut ovat muutaman sadantuhannen tai miljoonan vuoden ikäisiä. Kun aurinkoa huomattavasti massiivisempi tähti kuolee, syntyy supernova. Supernovassa koko tähti räjähtää kappaleiksi, ja tämän räjähdyksen seurauksena tähden materia leviää ympäri avaruutta. Tällaisen räjähdyksen seurauksena syntyvää kaasusumua kutsutaan supernovajäännökseksi. Nämä supernovajäännökset ovat myös sangen lyhytikäisiä, ne ovat enintään muutaman kymmenen tuhannen tai sadan tuhannen vuoden ikäisiä. Tunnettu esimerkki nuoresta supernovajäännöksestä on Härän tähdistön rapusumu, M 1, jonka syntyä todistivat mm. muinaiset kiinalaiset vuonna 1054. Esimerkki hieman iäkkäämmästä supernovajäännöksestä on Joutsenen Harsosumu, jonka aikaansaanut supernovaräjähdys tapahtui n. 6000 vuotta sitten. Ajan myötä supernovajäännökset ja planetaariset sumut liittyvät osaksi tähtienvälistä kaasua.
Kuva 3. Rapusumu - Allar Saviauk. | 
Kuva 4. Orionin sumun Trapetsi-joukko - Riku Henriksson. |
Paikoitellen tähtienvälinen kaasu muodostaa tihentymiä, kaasusumuja. Nämä kaasusumut voivat olla joko valaisevia, heijastus- tai pimeitä sumuja. Nämä kaasusumut ovat puristumassa kasaan painovoiman vaikutuksesta. Tämän seurauksena kaasusumuun muodostuu paikallisia tihentymiä, joita kutsutaan prototähdiksi. Näiden prototähtien massa kasvaa, kunnes se saavuttaa tietyn kriittisen pisteen. Tällöin käynnistyvät syntyvän tähden ytimessä käynnistyvät fuusioreaktiot, uusi tähti on syttynyt! Usein yhdestä kaasusumusta syntyy useita tähtiä, jotka muodostavat avonaisia tähtijoukkoja. Esimerkki tällaisesta "tähtihautomosta" on kuuluisa Orionin sumu, jonka keskellä näkyvä Trapetsi on nuori, vastasyntynyt (tai oikeastaan vielä syntymässä oleva) tähtijoukko, joka on enintään muutamia miljoonia vuosia. Nuoret tähtijoukot ovat yleensä osittain verhoutuneet sumuun, josta ne ovat syntyneet. Esimerkki tällaisesta joukosta on Seulaset, jossa on havaittavissa sumuja. Seulaset on siis melko nuori tähtijoukko, sen ikä on vain n. 100 miljoonaa vuotta (lyhyt aika tähden mittapuun mukaan). Avonaisten tähtijoukkojen ikä mitataan tavallisesti miljoonissa vuosissa. Ajan kuluessa, tähtijoukko alkaa hajaantua pitkin avaruutta. Kuitenkin jotkin joukot ovat sinnitelleet kasassa huomattavan pitkiä aikoja, esimerkkejä tällaisista ikänestoreista ovat NGC 6791 Lyyrassa, jolle ikää on kertynyt jopa 6,3 miljardia vuotta, ja NGC 188 Kefeuksessa, joka on viiden miljardin vuoden ikäinen.
Syvän taivaan kaikkein vanhimpia kohteita ovat galaksit, ja niitä ympäröivät pallomaiset eli galaktiset tähtijoukot. Galaksit voivat olla lähes yhtä vanhoja kuin koko maailmankaikkeus, eli ne ovat muodostuneet jo maailmankaikkeuden varhaisessa kehitysvaiheessa. Myös galakseja ympäröivät pallomaiset joukot voivat olla jopa 12-13 miljardin vuoden ikäisiä, ja niissä voi olla jopa useita miljoonia tähtiä. Esimerkkejä pallomaisista tähtijoukoista ovat mm. Herkulen suuri joukko M13, ja Ajomiehen M3.
Kuva 5. Herkuleen suuri joukko - Tomi Malmström.
English summary
Deep sky observing is in a way a real extreme sport. Deep sky objects are both very distant and very old. The most distant object visible with naked eye is M 31 in Andromeda (2,9 ly), but some extreme observers have caught a glimpse of light from M 81 in Ursa Major, a galaxy that lies about 12 million years away. The most distant object in the reach of ordinary amateur astronomers is 3C273 in Virgo. This is a famous quasar, the distance of which is approximately 2.4 billion years. Among the oldest of all deep sky objects are galaxies and globular clusters, which may be as old as the whole universe (at least 13 billion years). On the contrary, the youngest of deep sky objects, some open clusters, planetary nebulas and supernova remnants, are only a couple of thousands of years, and not more than some million years old.