Mustat aukot saattavat olla hyödyllisempiä kuin luulimmekaan
Jättimäiset avaruuden syöverit voivat repiä tähtiä kappaleiksi – mutta myös muovata kokonaisten galaksien kehitystä.
Kuva kvasaarin suihkusta yllätti tähtitieteilijät
Tutkijat eivät ole koskaan aikaisemmin saaneet yhtä tarkkaa kuvaa näin kaukaisesta kohteesta.
Vuosi sitten paljastettiin ensimmäinen kuva M87-galaksin keskustan mustasta aukosta. Nyt tähtitieteilijät ovat saaneet ainutlaatuisen tarkan kuvan sata kertaa M87:tä kauempana sijaitsevan kvasaari 3C 279:n suihkusta.
Kvasaarit ovat galaksien nuoruuden kehitysvaiheita. Kvasaarin keskusta on hyvin aktiivinen: mustaan aukkoon putoaa runsaasti materiaa, mikä saa kvasaarin ytimen loistamaan kirkkaammin kuin galaksin kaikki muut tähdet yhteensä.
Kuva M87:n mustasta aukosta näytti juuri siltä, mitä tähtitieteilijät olivat odottaneet, mutta kvasaarin kuva yllätti tutkijat.
”Kvasaari on niin kaukana, että emme erota kuvassa itse mustaa aukkoa, vaan mustan aukon laukaiseman plasmasuihkun. Oletimme suihkun olevan suora, mutta kuvassa näkyykin mutkitteleva rakenne. Miksi näin on, sitä emme vielä tiedä”, kertoo dosentti Tuomas Savolainen. Hän on kuvan ottaneen Event Horizon Telescopen (EHT) -yhteistyöhankkeen ainoa suomalaisjäsen ja työskentelee Aalto-yliopiston Metsähovin radiotutkimusasemalla.
Kuva 5 miljardin valovuoden päästä
Kuva on yllättävän tarkka, vaikka kvasaari on hyvin kaukana – noin viiden miljardin valovuoden päässä. Tutkijat ovat pystyneet erottamaan kuvassa jopa alle valovuoden kokoisia rakenteita, mikä on viisinkertainen parannus aiempiin havaintoihin.
”Olemme aikaisemminkin havainneet suihkujen kaarteita ja mutkia, mutta emme koskaan tässä mittakaavassa ja näin lähellä suihkun alkupäätä. Tämä alue on kiinnostava paitsi suihkun muodostumisen kannalta, myös siksi, että kvasaarin lähettämä voimakas gamma-säteily mahdollisesti syntyy kuvassa näkyvissä rakenteissa”, Savolainen sanoo.
Havaintoja tehtiin keväällä 2017 neljän päivän ajan pitkäkantainterferometria (very long baseline interferometry VLBI) -nimisen tekniikan avulla. Siinä ympäri maailmaa sijaitsevia teleskooppeja käytetään yhdessä koko maapallon kokoisena virtuaalisena teleskooppina.
”Tekniikan avulla saavutettava erotuskyky vastaa sitä, että pariisilaisesta kahvilasta pystyttäisiin lukemaan New Yorkissa olevaa sanomalehteä. Tällä erotuskyvyllä pystyimme jo muutamien päivien aikana näkemään muutoksia suihkun rakenteessa. Se tarkoittaa, että suihkun plasma liikkuu nopeudella, joka yli 99.5 prosenttia valonnopeudesta. Näemme liikettä kohteessa, josta säteilevä valo on peräisin ajalta ennen maapallon syntyä”, Tuomas Savolainen selittää.
Event Horizon Telescopen eli EHT:n tutkijat havainnoivat kvasaaria kahdesta syystä. Ensinnäkin kohdetta havainnoitiin kalibrointitarkoituksessa, koska kvasaari sijaitsee lähellä M87-galaksia, jonka keskustan mustasta aukosta otettiin kuva. Kvasaari sopii kalibrointikohteeksi myös siksi, että se on hyvin kirkas lähde eli tutkittavaa signaalia on paljon. Havaintojen kalibroinnilla varmistetaan se, että laite mittaa oikeaa asiaa. Toiseksi kvasaari on kiinnostava kohde myös itsessään. Niiden fysiikkaa ja esimerkiksi suihkujen syntymistä ei vieläkään täysin ymmärretä.
Varmaa selitystä sille, miksi kvasaarin suihku ei ole suora, ei ole. Yksi mahdollinen selitys mutkaiselle rakenteelle voisi tutkijoiden mukaan olla pyörivässä suihkussa liikkuvat shokkiaallot. Selityksen vahvistaminen vaatii lisähavaintoja.
”Tiesimme, että joka kerta kun maailmankaikkeuteen avaa uuden ikkunan, voi löytää jotain uutta. Odotimme näkevämme suihkun syntyalueen, mutta löysimmekin eräänlaisen poikittaisen rakenteen, mitä emme osanneet etukäteen ennustaa”, sanoo Jae-Young Kim Max Planck -instituutista.
EHT-yhteistyöverkostoon kuuluu yli 200 tutkijaa Afrikasta, Aasiasta, Euroopasta, Pohjois- ja Etelä-Amerikasta. EHT yhdistää olemassa olevia teleskooppeja ja siten muodostaa täysin uuden havaintolaitteen, jonka erotuskyky on suurempi kuin millään muulla laitteella. Teleskoopit sijaitsevat hyvin korkeilla paikoilla: Havaijin ja Meksikon tulivuorilla, Arizonan ja Espanjan Sierra Nevadan vuoristoissa, Chilen Atacaman autiomaassa ja Etelämantereella.
Havainnot julkaistiin Astronomy & Astrophysics -lehdessä 7.4.2020.
J.Y. Kim, T.P. Krichbaum, A.E. Broderick, et al.: Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution, in: Astronomy & Astrophysics, April 2020
äپٴᲹ:
Senior Scientist, dosentti
Tuomas Savolainen
Metsähovin radiotutkimusasema
tuomas.k.savolainen@aalto.fi
puh. 050 3083696
Animaatio näyttää kvasaarin 3C279 suihkun kolmella eri VLBI-antennistolla kuvattuna: Very Long Baseline Array (aallonpituus 7mm), Global mm-VLBI Array (3.5mm) ja EHT (1.3mm). Animaatio näyttää, kuinka "zoomaamme" kohti pienempiä yksityiskohtia siirtyessämme lyhyemmille aallonpituuksille. VLBA:n ja GMVA:n kuvissa suihku on suhteellisen suora, mutta EHT:n kuva paljastaa toisenlaisen rakenteen. Animaatiossa vertaillaan EHT:n eri päivinä 3C279:stä ottamia kuvia ja näytetään, miten suihkun rakenne muuttuu päivien aikana.
Lue lisää
Tutkijat selvittivät ensimmäistä kertaa mustaa aukkoa ympäröivien magneettikenttien rakenteen
Uudet tulokset kertovat, mitä tapahtuu aivan mustan aukon reunalla, missä osa materiasta putoaa mustaan aukkoon ja osa suihkuaa valovuosien päähän.
Aktiiviset galaksit
Metsähovin havaintojen perustana ovat aktiivisten galaksien radiosäteilyn korkeiden radiotaajuuksien pitkäaikaiset valokäyrät. 37 gigahertsin valokäyriä löytyy monesta kohteesta jo neljältä vuosikymmeneltä.
Lahjoita Metsähovin uuden vastaanottimen hankintaan
Mullistetaan yhdessä tapa katsoa maailmankaikkeutta
Lue lisää uutisia
Aalto Inventors juhlii ensimmäistä vuottaan: Rakentamassa siltaa tutkimuksesta vaikuttavuuteen
Aalto Inventors juhlii ensimmäistä vuosipäiväänsä: se on osallistuttanut kuuden kurssin kautta 190 tutkijaa eri aloilta kuten tekoäly, kvanttiteknologia ja biomateriaalit. Uusia kursseja on suunnitteilla seuraavalle lukuvuodelle – pysy kuulolla ja liity postituslistalle.
Kuinka saada työntekijät takaisin toimistolle
Työpaikalle paluuta koskevat ohjeistukset miellyttävät työnantajia. Jotta työntekijät suhtautuisivat niihin myönteisesti, heille tulee tarjota kohtuullinen vastine autonomian rajoittamisesta.
Yritykset raportoivat kyberturvallisuudesta enemmän, mutta markkinat eivät reagoi
Yhdysvaltalaiset yritykset raportoivat kyberturvallisuudestaan entistä tarkemmin, mutta osakemarkkinoilla reaktiot jäävät vaisuiksi. Vaasan yliopiston ja Aalto-yliopiston uusi tutkimus osoittaa, että pakollinen kyberraportointi ei innosta sijoittajia tai osakeanalyytikkoja. Sen sijaan suurin hyöty näyttää syntyvän yritysten sisällä.