Mustien aukkojen mysteeri raottuu vähitellen – yksi löytyi yllättävän läheltä maapalloa - Tiede - Ilta-Sanomat

Mustien aukkojen mysteeri raottuu vähitellen – yksi löytyi yllättävän läheltä maapalloa

Julkaistu: 27.5. 22:55

Miksi ”donitsin” lähelle ilmestyy ”hattaroita”? Universumin oudoimmista kohteista selvisi taas uutta tietoa.

Mustat aukot ovat aika-avaruuden mystisiä ansakuoppia, joista yksikään hiukkanen ei pysty pakenemaan – ei edes sähkömagneettinen säteily. Sen vuoksi voisi kuvitella, että musta aukko on kuin valtava pölynimuri, joka imee vastustamattomalla voimalla sisäänsä kaiken lähellä olevan.

Väärä luulo. Musta aukko ei itsessään säteile, mutta sen lähiympäristöstä purkautuu voimakasta säteilyä aina kun aukkoon putoaa materiaa. Säteilyä syntyy kaasun kieppuessa valtavalla nopeudella aukon ympärillä ja kuumentuessa voimakkaasti.

Mustia aukkoja on kahta kokoa: pieniä tähdemassaisia ja supermassiivisia, joiden massa vastaa miljoonia tai jopa useita miljardeja tähtiä. Vallitsevan käsityksen mukaan lähes jokaisen galaksin keskustassa lymyää supermassiivinen musta aukko. Sitä kutsutaan galaksin aktiiviseksi ytimeksi, jos se imee itseensä jatkuvasti ainetta. Kirkkaimpia aktiivisia ytimiä sanotaan kvasaareiksi. Mitä isompi galaksi, sitä suurempi aktiivinen ydin sillä on.

Aktiivisen ytimen läheltä, supermassiivisen mustan aukon niin sanotun tapahtumahorisontin ympäriltä, purkautuu ympäristöön valtavasti röntgensäteilyn kuumentamaa plasmaa: nopeiden ja korkeaenergisten hiukkasten virtoja.

Nevadan yliopiston astrofysiikan professori Daniel Proga ja tohtoriopiskelija Randall Dannen työryhmineen ovat nyt tehneet ilmiöstä uuden matemaattisen mallinnuksen, jonka tulokset julkaistiin hiljattain Yhdysvaltain avaruusjärjestön Nasan verkkosivuilla ja The Astrophysical Journal Letters -tiedelehdessä. Nasa on rahoittanut tutkimusta.

Mallinnuksesta kävi ilmi, että supermassiiviset mustat aukot pölläyttävät silloin tällöin ympäristöstään hyvin erikoisen muotoisia kaasupilviä – vähän niin kuin möhkäleitä tai hattaroita – jotka laajentuessaan voivat olla läpimitaltaan yhden parsekin luokkaa. Parsek on 3,3 valovuotta.

Havainnekuvan keskellä oleva musta rengas on tiheä kaasu- ja pölypilvi, joka ympäröi supermassiivista mustaa aukkoa. ”Donitsin” molemmin puolin on pyöreitä kaasupilviä, joiden liikkeitä Nevadan yliopiston tutkimus mallinsi.

Tutkijaryhmän julkaisema havainnekuva visualisoi ilmiötä hienosti. Siinä galaksin keskustan supermassiivisen mustan aukon ympärille on syntynyt donitsin muotoinen kaasu- ja pölyrengas eli torus, joka pyörii vinhaa vauhtia. Torus tunnetaan tutkimuksessa hyvin, mutta pyöreät kaasuhattarat sen molemmin puolin ovat oudompi juttu.

Tutkimuksen mukaan kaasuhattarat ovat syntyessään hyvin pieniä. Ne laajenevat nopeasti ja kulkeutuvat pitkälle, jopa yhtä kauas kuin Maasta on matkaa lähimmälle kiintotähdelle Proxima Centaurille. Tämä etäisyys on noin 4,2 valovuotta. Pilvien nopeudeksi arvioidaan jopa 10 000 kilometriä sekunnissa.

Astrofyysikko Proga vertaa plasmahattaroiden liikkeitä autoihin, jotka odottavat liikennevaloissa pääsyä moottoritielle, sulautuakseen muun liikenteen joukkoon.

– Liikkeelle lähtee aina silloin tällöin koko joukko autoja, Proga sanoi Nasalle.

Oikeaa valokuvaa donitsirakenteista tai kaasupilvistä ei ole koskaan saatu. Ainoassa tähän saakka radioteleskooppien datasta rakennetussa kuvassa mustasta aukosta näkyy kirkas rengas ja tapahtumahorisontin mustan horisontin varjo. Kuvan otti kansainvälinen Event Horizon -teleskooppi, joka yhdistää toistakymmentä radioteleskooppia eri puolilla maapalloa yhdeksi suureksi havaintolaitteeksi.

Tähtitieteen historiaan jäänyt kuva M87-galaksissa sijaitsevasta mustasta aukosta on rakennettu radioteleskooppien havainnoista. Kuvassa näkyy, kuinka materia kiertää mustan aukon tapahtumahorisonttia.

Itse musta aukko on jossakin kuvassa näkyvän varjon uumenissa – sitä ei näy, mutta kuva paljastaa sen olemassa­olon 55 miljoonan valovuoden päässä sijaitsevassa M87 (1) -galaksin keskustassa. Tapahtumahorisontin varjo on seurausta valon taipumisesta mustan aukon painovoiman vaikutuksesta.

Meidänkin galaksimme Linnunradan keskustassa on ilmeisesti supermassiivinen musta aukko, jonka tutkijat ovat ristineet Sagittarius A*:ksi. Linnunradan keskustaa ympäröivät niin tiheät kaasu- ja pölypilvet, ettei siitä saa selkeitä havaintoja näkyvän valon aallonpituuksilla, mutta infrapuna- ja radioteleskoopit voivat kurkistaa sinne optisia teleskooppeja tehokkaammin.

Vuoden 2018 syksyllä Euroopan eteläi­nen observatorio (ESO) Chilessä löysi lisää näyttöä Sagittarius A*:sta saamalla ensimmäiset radioteleskooppihavainnot sitä kier­tävistä kaasupilvistä. Sagittarius A*:n arvioidaan olevan kooltaan noin neljä miljoonaa Auringon massaa, ja kaasu kiertää sitä 30 prosentin vauhdilla valon nopeudesta.

Taiteilijan näkemys galaksin aktiivisessa ytimessä sijaitsevasta mustasta aukosta ja ympäristön pölystä. Nasan erikoisrakenteiseen Boeing 747 -koneeseen rakennettu teleskooppi SOFIA havaitsi vuonna 2017, että pölyä on vähemmän ja se on viileämpää kuin tutkijat otaksuivat.

Viime vuonna Yhdysvaltain kansallisen radiotähtitieteen observatorion tutkijat onnistuivat ensimmäisen kerran kuvaamaan Joutsenen tähdistössä sijaitsevan Gygnus A -radiogalaksin toruksen. Kuvauksessa käytettiin 27:stä itsenäisestä lautasantennista koostuvaa radioteleskooppia New Mexicon osavaltiossa.

Huhtikuussa puolestaan Event Horizon -teleskooppi julkaisi kuvan plasmasuihkusta, jonka viiden miljardin valovuoden päässä oleva supermassiivinen musta aukko sinkosi kohti maapalloa. Musta aukko on Neitsyen tähtikuviossa havaitussa kvasaarissa 3C 279, joka säteilee voimakkaasti näkyvän valon, radioaaltojen ja röntgensäteilyn alueella.

Video: Event Horizon -teleskooppi kuvasi viiden miljardin valovuoden päässä olevaa kvasaaria

Toukokuun alussa ESO kertoi havainneensa mustan aukon lähempää maapalloa kuin koskaan ennen. Tähtijärjestelmä HR 6819:ssä oleva musta aukko on pieni, massaltaan tähden kokoinen, ja se sijaitsee noin tuhannen valovuoden päässä meistä.

– Olimme täydellisen yllättyneitä kun huomasimme, että tämän mustan aukon sisältävän tähtijärjestelmän voi nähdä paljain silmin, sanoi ESO:n havainnosta kertonut Tshekin tiedeakatemian tutkija Petr Hadrawa.

Järjestelmää ei harmi kyllä voi katsella pohjoisella pallonpuoliskolla. Se on pienessä ja himmeätähtisessä Kaukoputken kuviossa eteläisellä tähtitaivaalla.

Euroopan eteläinen observatorio ESO havaitsi mustan aukon tähtijärjestelmässä HR 6819, joka sijaitsee vain tuhannen valovuoden päässä Maasta. Järjestelmään kuuluu kaksi tähteä ja punaisella kiertoradalla merkitty musta aukko, jotka kiertävät toisiaan. Toukokuun alussa julkaistu havainnekuva on taiteilijan tekemä.

Meidän omasta tähdestämme Auringosta saisi mustan aukon, jos sen puristaisi säteeltään noin kolmen kilometrin kokoiseksi. Suurimmatkin supermassiiviset mustat aukot mahtuisivat meidän aurinkokuntamme sisälle, niin tiivistä ainetta ne ovat.

Vaikka mustien aukkojen mysteerit vähitellen selviävät, on niissä vielä paljon tutkittavaa. Tavallisen ihmisen järjelle ne ovat jotakin lähes täysin käsittämätöntä.

Osion tuoreimmat

Luitko jo nämä?