Lehdistötiedote

Avaruuden tikittävä aikapommi löydetty

Tähtitieteilijät löysivät lupaavan ehdokkaan tyypin Ia supernovaksi

17. marraskuuta 2009

Tähtitieteilijät ovat koostaneet harvinaislaatuisen intervallikuvatun videon ”vampyyritähden” ulos sylkemästä kaasukuoresta. Kyseinen tähti purkautui marraskuussa 2000 nielaistuaan sitä ennen osan kumppanitähtensä materiasta. Videokoosteen mahdollisti ESOn VLT-teleskooppi, jolla saatavat kuvat ovat yhtä teräviä kuin avaruudessa otetut. Tähtitieteilijät pystyivät nyt selvittämään purkautuvan kohteen etäisyyden ja todellisen kirkkauden. Tutkittu kaksoistähtijärjestelmä vaikuttaa lupaavalta ehdokkaalta tyypin Ia supernovana tunnetun tähtiräjähdyksen alkuunpanijaksi, jollaista tutkijat ovat jo pitkään etsineet. Löydöksellä on suuri merkitys pimeän energian tutkimukselle.

”Eräs modernin astrofysiikan suurista ongelmista on, että emme vieläkään tiedä tarkalleen, millaiset tähtijärjestelmät räjähtävät tyypin Ia supernoviksi. Tämä on varsin kiusallista, koska juuri supernovien avulla voidaan osoittaa, että maailmankaikkeus laajenee koko ajan kiihtyvällä vauhdilla arvoituksellisen pimeän energian työntämänä”, sanoo Cape Townin yliopiston tutkija Patrick Woudt, joka on hankkeen tuloksista raportoivan artikkelin pääkirjoittaja.

Tähtitieteilijät tutkivat seikkaperäisesti nimellä V445 tunnettua kohdetta, joka sijaitsee Peräkeulan (lat. Puppis) tähdistössä. V445 Puppis on ensimmäinen ja tähän saakka ainoa nova, jossa ei näy lainkaan merkkejä vedystä. Se on ensimmäinen osoitus purkauksesta enimmäkseen heliumista koostuvan valkoisen kääpiön pinnalla. “Havainto on hyvin merkittävä, sillä tyypin Ia supernovissa ei tunnetusti ole vetyä. V445 Puppiksen kumppanitähti tukee tätä käsitystä, sillä siinäkään ei ole vetyä. Sen sijaan siitä virtaa valkoiseen kääpiöön pääasiassa heliumkaasua”, sanoo artikkelin toinen kirjoittaja Danny Steeghs Warwickin yliopistosta Englannista.

Järjestelmässä tapahtui vuonna 2000 novapurkaus, jonka tuloksena siitä tuli 250 kertaa aiempaa kirkkaampi. Avaruuteen sinkoutui tällöin suuri määrä materiaa.

Tähtitieteilijöiden ryhmä kuvasi V445 Puppista kahden vuoden ajan ESOn VLT-teleskooppiin (Very Large Telescope) liitetyllä NACO-instrumentilla, jonka adaptiivinen optiikka [1] mahdollistaa erittäin terävät kuvat. Kuvissa näkyy kaksinapainen kaasukuori, jolla on aluksi hyvin kapea vyötärö ja sen kummallakin puolella keilamainen paksunnos. Kuoren ääripäissä näkyy myös kaksi kasaumaa, jotka näyttävät liikkuvan noin 30 miljoonan kilometrin tuntinopeudella. Kuori itsessään liikkuu noin 24 miljoonan kilometrin tuntinopeudella. Se poikkeaa tässä suhteessa kaikista aiemmin havaituista novista. Kahta keskustähteä ympäröi paksu pölykiekko, jonka on täytynyt syntyä viimeisimmän räjähdyksen yhteydessä.
 
”Näin pienessä mittakaavassa – noin sata millikaarisekuntia, mikä vastaa euron kolikkoa noin neljänkymmenen kilometrin päästä katsottuna – ällistyttävän tarkkoina näkyvät yksityiskohdat ovat adaptiivisen optiikan ansiota. Tekniikka on käytettävissä ESOn VLT-teleskoopin tapaisissa suurissa maanpäällisissä teleskoopeissa ”, Steeghs jatkaa.

Supernova on eräs tapa, jolla tähden elinkaari voi päättyä. Tähti räjähtää silloin suurena kosmisena ilotulituksena. Tyypin Ia supernoviksi kutsuttu supernovaperhe on kosmologisesti erityisen kiinnostava. Tämäntyyppisiä supernovia voidaan käyttää ”standardikynttilöinä” universumin etäisyyksiä mitattaessa [2]. Niiden avulla voidaan toisin sanoen kalibroida kiihtyvää laajenemista, jonka käyttövoimana on pimeä energia.

Tyypin Ia supernoville on tunnusomaista vedyn viivan puuttuminen niiden spektristä. Vety puolestaan on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine. Tämäntyyppiset supernovat syntyvät todennäköisimmin kaksoistähtijärjestelmissä, joissa toinen tähdistä on niin kutsuttu valkoinen kääpiö, jollaiseksi auringonkaltainen tähti kehittyy elinkaarensa lopussa [3]. Tällainen valkoinen kääpiö imee vampyyrin lailla materiaa kumppanitähdestään. Kun tähden massa ylittää tietyn rajan, se muuttuu epävakaaksi ja räjähtää [4].

Prosessi on varsin monimutkainen. Kun valkoinen kääpiö syö saalistaan, sen pinnalle kasaantuu lisää materiaa. Kun tämä kerros kasvaa riittävän tiheäksi, se muuttuu epävakaaksi ja purkautuu novana. Nämä hallitut miniräjähdykset sinkoavat osan kasaantuneesta materiasta takaisin avaruuteen. Olennainen kysymys on tällöin, pystykö valkoinen kääpiö kasvattamaan massaansa purkauksesta huolimatta. Jääkö osa kumppanitähdestä virranneesta materiasta valkoiseen kääpiöön niin, että se kasvaa lopulta massaltaan riittävän suureksi räjähtääkseen supernovana?

Kun NACOn avulla saadut kuvat yhdistettiin useista muista teleskoopeista [5] saatuun dataan, tähtitieteilijät pystyivät määrittämään järjestelmän etäisyyden (noin 25 000 valovuotta Auringosta) ja todellisen kirkkauden (yli 10 000 kertaa Aurinkoa kirkkaampi). Tämä viittaa siihen, että tässä kaksoistähtijärjestelmässä vampyyrin lailla käyttäytyvä valkoisen kääpiö on massaltaan lähellä kohtalokasta rajaa ja että siihen virtaa kumppanitähdestä suuria määriä materiaa. “Emme vielä tiedä, räjähtääkö V445 Puppis lopulta supernovana vai onko nykyinen novapurkaus estänyt tämän sinkoamalla riittävästi materiaa takaisin avaruuteen. Joka tapauksessa meillä on tässä varsin lupaava ehdokas tulevaksi tyypin Ia supernovaksi”, Woudt sanoo.

Lisähuomiot

[1] Adaptiivinen optiikka on tekniikka, jonka avulla tähtitieteilijät pystyvät kuvaamaan tutkimuskohteita vailla ilmakehän aiheuttamia vääristymiä. Lisätietoja aiheesta on ESOn adaptiivista optiikkaa käsittelevällä sivulla osoitteessa http://www.eso.org/public/teles-instr/technology/adaptive_optics.html

[2] Ks. esim. http://www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html

[3] Valkoinen kääpiö on alun perin muutaman Auringon massaisen tähden kehityksen päätepiste. Valkoinen kääpiö on palanut ydin, joka jää jäljelle, kun auringonkaltainen tähti puhaltaa uloimmat kerroksensa avaruuteen elinkaarensa lopussa. Se koostuu enimmäkseen hiilestä ja hapesta. Prosessissa muodostuu yleensä ympäristöön myös planetaarista sumua.

[4] Tämän intialaisen fyysikon Subrahmanyan Chandrasekharin mukaan Chandrasekharin rajaksi nimetyn ylärajan on osoitettu olevan noin 1,4 kertaa Auringon massa. Kun valkoisen kääpiön massa ylittää tämän rajan joko imemällä materiaa kumppanitähdestään tai sulautumalla toiseen valkoiseen kääpiöön, se muuntuu eräänlaiseksi lämpöydinpommiksi, joka polttaa räjähdysmäisesti sisältämänsä hiilen ja hapen.

[5] Tutkimusryhmä käytti myös ESOn NTT-teleskooppiin (New Technology Telescope) asennettua SOFI-instrumenttia, 6,5-metriseen Magellan-Baade-teleskooppiin liitettyä IMACS-spectrografia sekä Etelä-Afrikan tähtitieteellisen observatorion Sutherlandin asemalla sijaitsevaa infrapunatutkimuslaitetta ja SIRIUS-kameraa.

Lisätietoa

Hankkeen tutkimustulokset on esitelty artikkelissa, joka julkaistaan Astrophysical Journal -lehden 20.11.2009 ilmestyvässä numerossa (vol. 706, s. 738, “The expanding bipolar shell of the helium nova V445 Puppis”, P. A. Woudt et al.).

Tutkimusryhmään kuuluvat P. A. Woudt ja B. Warner (Cape Townin yliopisto, Etelä-Afrikka), D. Steeghs ja T. R. Marsh (Warwickin yliopisto, Englanti), M. Karovska ja G. H. A. Roelofs (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge MA, Yhdysvallat), P. J. Groot ja G. Nelemans (Radboud University Nijmegen, Hollanti), T. Nagayama (Kioton yliopisto, Japani), D. P. Smits (Etelä-Afrikan yliopisto, Etelä-Afrikka) ja T. O’Brien (Manchesterin yliopisto, Englanti).

ESO (European Southern Observatory, Euroopan eteläinen observatorio) on tähtitieteen keskeinen eurooppalainen hallitustenvälinen organisaatio. Se on tuottavuudella mitattuna maailman johtava tähtitieteellinen observatorio. Sen toimintaa tukee 14 maata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekki. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maassa sijaitsevien tutkimusvälineiden kehittämiseen, rakentamiseen ja toimintaan. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä tärkeitä tieteellisiä havaintoja. ESOlla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen ja kansainvälisen yhteistyön edistämisessä. ESOlla on Chilessä kolme huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESOlla on Paranalissa VLT-teleskooppi (Very Large Telescope). Se on maailman kehittynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio. ESO on maailman suurimman tähtitieteen alan projektin, täysin uudenlaisen ALMA-teleskoopin, eurooppalainen yhteistyökumppani. ESO suunnittelee 42-metristä E-ELT-teleskooppia (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, eurooppalainen erittäin suuri optinen/lähi-infrapuna-alueen teleskooppi), josta tulee maailman suurin tähtitaivasta tarkkaileva silmä.

Linkit

• Tutkimusartikkeli: http://arxiv.org/abs/0910.1069

Yhteystiedot

Patrick Woudt
University of Cape Town
Cape Town, South Africa
Puh.: +27 21 650 5830
Sähköposti: Patrick.Woudt@uct.ac.za

Danny Steeghs
University of Warwick
Warwick, UK
Puh.: +44 (0)2476 573873
Matkapuhelin: +44 (0)78 45555979
Sähköposti: D.T.H.Steeghs@warwick.ac.uk

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media