Lehdistötiedote

Mustien aukkojen metsästäjiltä uusi etäisyysennätys

27. tammikuuta 2010

Tähtitieteilijät ovat löytäneet ESOn VLT-teleskoopin avulla tähdenmassaisen mustan aukon, joka sijaitsee toisessa galaksissa paljon kauempana kuin yksikään toinen tähän saakka tunnetuista mustista aukoista. Se on massaltaan yli viisitoista kertaa Auringon kokoinen ja siten toiseksi suurin koskaan löydetty tähdenmassainen musta aukko. Sillä on lisäksi seuranaan tähti, joka pian muuttuu itsekin mustaksi aukoksi.

Linnunradan tunnetut tähdenmassaiset mustat aukot [1] ovat painoltaan jopa kymmenen Auringon massaisia – eivät siis mitään höyhensarjalaisia. Oman galaksimme ulkopuolella ne saattavat kuitenkin olla vain maakuntasarjaa, sillä tähtitieteilijät ovat löytäneet jo toisen mustan aukon, joka on massaltaan yli viisitoista kertaa Auringon kokoinen. Kyseessä on vasta kolmas kohde lajissaan.

Vastikään julkistettu löydös sijaitsee NGC 300 -nimisessä spiraaligalaksissa kuuden miljoonan valovuoden päässä Maasta. ”Kyseessä on kaukaisin koskaan punnittu tähdenmassainen musta aukko. Se on myös lajissaan ensimmäinen, jonka olemme löytäneet oman galaktisen naapurustomme eli paikallisen ryhmän ulkopuolelta”, sanoo Sheffieldin yliopiston astrofysiikan professori Paul Crowther, joka on myös tutkimuksen tuloksista raportoivan artikkelin pääkirjoittaja. Mustan aukon erikoislaatuinen kumppani on Wolfin–Rayetin tähti, joka sekin on massaltaan noin kaksikymmentä kertaa Aurinkoa suurempi. Wolfin–Rayetin tähdet ovat lähellä kehityskaarensa loppua. Ne puhaltavat suurimman osan ulommista kerroksistaan ympäristöönsä ennen räjähtämistään supernovana, jolloin niiden ydin luhistuu mustaksi aukoksi.

NGC 300 -galaksin kirkkaimman röntgenlähteen ympäristöä tutkittiin vuonna 2007 NASAn Swift-satelliittiin asennetulla röntgeninstrumentilla. Kyseinen röntgenlähde oli sitä ennen löydetty Euroopan avaruusjärjestö ESAn XMM-Newton-röntgenteleskoopin avulla. ”Havaitsimme jaksoittaista, erittäin voimakasta röntgensäteilyä, mikä viittasi siihen, että alueella saattoi piileskellä musta aukko”, kertoo tutkimusryhmän jäsen Stefania Carpano ESAsta.

ESOn VLT-teleskooppiin (Very Large Telescope) asennetulla FORS2-instrumentilla tehdyt havainnot vahvistivat tähtitieteilijöiden aavistuksen oikeaksi. Uusi aineisto osoittaa, että musta aukko ja Wolfin–Rayetin tähti pyörivät toistensa ympäri paholaismaisen valssin tahtiin noin 32 tunnin jaksoissa. Tähtitieteilijät havaitsivat myös, että musta aukko imee tähdestä materiaa niiden kiertäessä toisiaan.

”Pariskunnalla näyttää olevan varsin kiinteä suhde. Toistaiseksi on arvoitus, kuinka tällainen vahva sidos on muodostunut”, lisää tutkimushankkeessa mukana ollut Robin Barnard.

Aiemmin on löydetty vain yksi vastaavanlainen järjestelmä, mutta tähtitieteilijät tuntevat toki muitakin mustasta aukosta ja kumppanitähdestä koostuvia järjestelmiä. Niiden perusteella tähtitieteilijät ovat löytäneet yhteyden mustan aukon massan ja galaksin kemiallisen koostumuksen välillä. ”Havaitsimme, että kaikkein massiivisimmat mustat aukot löytyvät yleensä pienistä galakseista, joissa on vähemmän raskaita alkuaineita”, Crowther selittää [2]. ”Linnunradan tapaisissa suuremmissa galakseissa, joissa raskaita alkuaineita on enemmän, syntyy vain pienempimassaisia mustia aukkoja.” Tähtitieteilijät uskovat, että suurempi raskaiden alkuaineiden pitoisuus vaikuttaa siihen, kuinka massiivinen tähti kehittyy. Se vaikuttaa tähden luovuttaman materian määrään siten, että jäänteen lopulta luhistuessa syntyy tavallista pienempi musta aukko.

Alle miljoonan vuoden kuluessa myös Wolfin–Rayetin tähti räjähtää supernovaksi ja muuttuu lopulta mustaksi aukoksi. ”Jos järjestelmä kestää tämän toisen räjähdyksen, kyseiset kaksi mustaa aukkoa sulautuvat toisiinsa. Yhdistymisessä vapautuu suuria määriä energiaa gravitaatioaaltojen muodossa [3]”, Crowther jatkaa. Yhdistyminen vie kuitenkin joitakin miljardeja vuosia eli ylittää reilusti ihmisen aikaskaalan. ”Tutkimuksemme osoittaa kuitenkin, että tällaiset järjestelmät ovat mahdollisia. Binääriseksi mustaksi aukoksi jo kehittyneet saattavat löytyä LIGOn tai Virgon tapaisten gravitaatioaaltoja mittaavien luotainten avulla [4].”

Lisähuomiot

[1] Tähdenmassaiset mustat aukot ovat erittäin tiheitä, sillä ne muodostuvat hyvin massiivisten tähtien luhistuessa syntyvistä jäänteistä. Tällaisten mustien aukkojen massa on enintään noin 20 kertaa Auringon massa. Galaksien keskellä esiintyvät supermassiiviset mustat aukot sen sijaan voivat olla miljoonasta miljardiin kertaa Aurinkoa painavampia. Tähän mennessä on löydetty noin 20 tähdenmassaista mustaa aukkoa.

[2] Raskaita alkuaineita tai ”metalleja” ovat tähtitieteessä kaikki heliumia raskaammat alkuaineet.

[3] Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustamat gravitaatioaallot ovat aika-avaruuden geometriassa esiintyvää värinää. Huomattavia gravitaatioaaltoja syntyy, kun voimakkaissa gravitaatiokentissä esiintyy jyrkkiä vaihteluja ajan suhteen. Näin käy esimerkiksi kahden mustan aukon sulautuessa toisiinsa. Gravitaatioaaltoja ei ole tähän mennessä vielä kyetty suoraan havaitsemaan. Niiden löytäminen kuuluu tieteen tulevien vuosikymmenten suuriin haasteisiin.

[4] Nimillä LIGO ja Virgo tunnettujen koejärjestelyjen tavoitteena on havaita gravitaatioaaltoja Italiassa ja Yhdysvalloissa sijaitsevia herkkiä interferometrejä käyttäen.

Lisätietoa

Hankkeen tutkimustulokset on esitelty Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehden kirjeosiossa ilmestyvässä artikkelissa (NGC 300 X-1 is a Wolf–Rayet/Black Hole binary, P.A. Crowther et al.).

Tutkimusryhmään kuuluvat Paul Crowther ja Vik Dhillon (Sheffieldin yliopisto, Iso-Britannia), Robin Barnard ja Simon Clark (The Open University, Iso-Britannia) sekä Stefania Carpano ja Andy Pollock (Euroopan Astronomiakeskus ESAC, Madrid, Espanja).

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), maailman kehittynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, sekä VISTA, maailman suurin kartoituskaukoputki. 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

Yhteystiedot

Paul Crowther
University of Sheffield, UK
Puh.: +44-114 222 4291
Sähköposti: Paul.Crowther@sheffield.ac.uk

Stefania Carpano
ESTEC, ESA
The Netherlands
Puh.: +31-71-5654827
Sähköposti: scarpano@rssd.esa.int

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