Harrastajahavainto massiivisimmasta tunnetusta mustasta aukosta

 Teksti Kari A. Kuure

Harrastajien mahdollisuudet tehdä parempia havaintoja tähtitaivaan kohteista ovat parantuneet viimeisen kymmenen vuoden aikana merkittävästi. Kymmenen vuotta sitten tuskin kukaan osasi kuvitella, että tänä päivänä harrastajavälinein pystyttäisiin tekemään havaintoja kohteesta, josta valo lähti 1, 6 miljardin vuoden ikäisestä maailmankaikkeudesta. Toisin sanoen, valo on ollut matkalla kohti meitä peräti yli 12 miljardia vuotta.

Kvasaari S5 0014+81 näkyy himmeänä pisteenä tässä Seestar S50 tähtikameran kuvassa. Kvasaari on osoitettu kahdella lyhyellä viivalla kuvan keskellä. Tähän kuvaan on pinottu 210 yksittäistä 10 sekunnin valotus, jolloin kokonaisvalotusajaksi tuli 35 minuuttia. Kuva otettiin 30.12.2024 Kangasalla. Kuva Markku Lintinen.

 

Tampereen Ursan aktiivijäsen Markku Lintinen on onnistunut näin tekemään. Hänen havaintokohteensa oli kvasaari S5 0014+81 Kefeuksen tähdistössä. Sen etäisyydeksi ilmoitetaan 3,7 Gpc (12 miljardia valovuotta), jos näin varhaisen maailmankaikkeuden kohteille etäisyyttä voidaan edes ilmoittaa. Tällä hetkellä nämä kohteet ovat jo paljon kauempana, ehkä jopa 30 miljardin valovuoden etäisyydellä tai sitä luokkaa. Kvasaari S5 0014+81 näkyy meille m_v= 16,5 kirkkaudella.

Markku kertoo kuvaamisesta näin:

”Olin nähnyt Facebookin Seestar-ryhmässä hyvin nuoren uuden käyttäjän esittelemän, varsin rakeisen kuvan S5 0014+81-kvasaarista ja siitä syntyi oikopäätä innostus kokeilla itsekin.

Uudenvuoden aatonaattona tähtitaivas oli jotenkuten auki, seeing ei kovinkaan kummoinen. Tuuli oli niin kova, ettei voinut ajatellakaan Seestar S50 tähtikameran pystyttämistä avoimelle paikalle. Niinpä pystytin sen aivan seinän viereen ja varmistin, ettei onneksi korkealla ollut kohde jäisi räystään tai puiden taakse.

Seestarin jalusta on Alt-Az-tyyppinen. Jalustan ohjauksessa on toiminnot, jonka avulla se osaa kohdistaa kameran tarkasti keskelle haluttua kohdetta. Ohjelmistossa on tähtikartta, jonka tietokanta sisältää melko suuren määrän yleisiä kohteita. Tätä kvasaaria sieltä ei kuitenkaan löydy. Löysin kohteen kuvausaikaiset Alt-Az-koordinaatit Sky Safari 7 Pro-tähtikartasta. Asetin kameraan kvasaarin koordinaatit manuaalisesti kohdistamalla sen keskelle kuvausaluetta ja käynnistin kuvauksen. Kamera keräsi 10 sekunnin valotuksia yhteensä 35 minuuttia, kompensoi kuvista automaattisesti kuvakentän pyörimisen ja pinosi kuvat. Lopuksi säädin kirkkautta ja kontrastia kuvauksessa syntyneen kohinan vähentämiseksi ja tunnistin kvasaarin.”

Kuvauslaitteena oli Seestar S50 tähtikamera. Valotusajaksi valikoitui 10 sekuntia ja kamera pinosi kaikkiaan 210 kuvaa yhdeksi. Alkuperäisen kuvan ala on 0,7×1,2 astetta (oheinen kuva on jonkin verran cropattu, kuva-ala on noin 0,7×0,7 neliöastetta). Lopullisesti Markku tunnisti kohteen muiden, julkisesti saatavilla olevien valokuvien avulla. Kohde on erittäin vaativa, sillä kuten alla olevista tiedoista selviää, se on erittäin himmeä. Kohdetta ei saa visuaalisesti näkyviin edes tähtitornin 11” Celestron Edge HD -kaukoputkella, jonka rajamagnitudi on siinä m_v=14 kohdalla.

Mikä kvasaari on?

Ensimmäiset kvasaarit (3C 48 ja 3C 273) havaittiin 1950-luvun lopulla radiolähteinä. Alkusi niille ei löydetty visuaalista vastinetta. Vuoteen 1960 mennessä vastaavia kohteita oli löydetty satoja, mutta vasta vuonna 1963 Allan Sandage ja Thomas A. Matthews julkaisivat havaintonsa, jonka mukaan 3C 48 kvasaarin kohdalla havaittiin pieni sininen tähti. Tähden spektri tuotti yllätyksen, sillä spektriviivat olivat tunnistamattomia. Myös toinen ensimmäisistä kvasaareista osoittautui hyvin kummalliseksi. Maarten Schmidt onnistui havaitsemaan kvasaarin 3C 273 spektrin 5,1 m Hale-teleskoopilla Mount Palomarissa. Hänen onnistui osoittamaan, että oudot spektriviivat olivatkin voimakkaasti punasiirtyneitä vedyn viivoja. Punasiirtymä oli 15,8 % ja vastasi pakonopeutta 47 000 km/s. Se oli nopeampi kuin minkään muun silloin tunnetun kohteen nopeus.

Chandran röntgenkuva on kvasaarista PKS 1127-145, joka on erittäin kirkas röntgen- ja näkyvän valon lähde noin 10 miljardin valovuoden etäisyydellä Maasta. Valtava röntgensäteilysuihku ulottuu ainakin miljoonan valovuoden etäisyydelle kvasaarista. Kuva-ala on 60 × 60 kaarisekuntia². Kuvan keskipisteen koordinaatit ovat RA 11h 30m 7.10s Dec -14° 49' 27" . Havaintopäivä: 28. toukokuuta 2000. Laite: Chandra/ACIS.

Mysteeri syveni, kun aikaisemmin 1900-luvulla otetuista kuvista kohde havaittiin ja sen kirkkauden osoitettiin vaihtelevan suhteellisen nopeasti. Tämä tarkoitti sitä, että kohteen koko täytyi olla hyvin pieni, selvästi alle valovuoden kokoinen. John Bolton ehdotti, että punasiirtymä tulkittaisiin kosmista alkuperää olevaksi (jota se on), niin silloin kohteen pitäisi olla hyvin kaukana maailmankaikkeudessa ja sen vuoksi sen myös täytyi olla erittäin kirkas. Tilanne muuttui mielenkiintoiseksi, sillä myös muille tunnetuille kvasaareille mitatut spektri osoittivat ne hyvin voimakkaasti punasiirtyneiksi ja niissä oli tunnistettavissa vedyn ja magnesiumin spektriviivat. Tätä selitystä ei kuitenkaan hyväksytty kovinkaan yleisesti, sillä se tuntui mahdottomalta. Vaadittavan kirkasta kohdetta ei vain tunnettu, joka selittäisi myös radiohavainnot. John Boltonin ehdotus kuitenkin osoittautui oikeaksi.

Termiä ”kvasaari” käytti ensimmäisen kerran astrofyysikko Hong-Yee Chiun toukokuussa 1964 Physics Today -lehdessä julkaistussa artikkelissaan kuvaamaan tiettyjä tähtitieteellisesti arvoituksellisia kohteita: ”Toistaiseksi näistä kohteista on käytetty kömpelösti pitkää nimeä "kvasitähtimäiset radiolähteet". Koska näiden kohteiden luonne on täysin tuntematon, niille on vaikea laatia lyhyttä, tarkoituksenmukaista nimikkeistöä niin, että niiden olennaiset ominaisuudet kävisivät ilmi niiden nimestä. Yksinkertaisuuden vuoksi tässä asiakirjassa käytetään koko ajan lyhennettä "kvasaari", Chiun kirjoittaa artikkelissaan. Nykyisin termi on vakiintunut muotoon ”kvasistellaarinen kohde” (QSO) eli ”kvasaari”.

Ensimmäisten löytöjen jälkeen kvasaaritutkimusta on tehty runsaasti. Nykyisin niiden ominaisuudet tunnetaan ja niiden radiosäteilykin on saanut selityksensä. Tällä hetkellä kvasaarien tiedetään olevan erittäin massiivisia mustia aukkoja, joita kiertää massiivinen kertymäkiekko. Kertymäkiekosta putoaa mustaan aukkoon ainetta, joka pudotessaan tuottaa laaja-alaisesti sähkömagneetista säteilyä radioaalloista kovaan gammasäteilyyn asti. Riippuen havaintosuunnasta, kvasaarien ominaisuudet saavat hieman erilaisia ominaispiirteitä, kirkkauttaan voimakkaasti muuttavat kvasaarit tunnetaan nimellä blasaarit, jotka näemme joko suoraan tai lähes relativistisen massasuihkun suunasta. Pelkästään radiosäteilevät kvasaarit nähdään kertymäkiekon suunnasta, jolloin niiden kirkkaus näkyvässä valossa voi olla hyvinkin himmeää.

Nykyisin kvasaareja tunnetaan hyvin paljon. Pelkästään spekrihavaintoja on tehty noin miljoonasta kvasaarista ja fotometrisiä havaintoja mahdollisesti jopa kolmesta miljoonasta kohteesta. Lähin tunnettu kvasaari, Markarian 231, sijaitsee melko lähellä, vain noin 581 miljoonan valovuoden etäisyydellä. Vastaavasti etäisimmän tunnetun kvasaarin, UHZ1, punasiirtymä on 10,1, joka vastaa noin 13,2 miljardia valovuotta. Kun maailmankaikkeuden iäksi lasketaan 13,8 miljardia vuotta. Voidaan vain ihmetellä kuinka nopeasti hyvin massiiviset kvasaarit ovat voineet muodostua.

Kvasaari S5 0014+81

S5 0014+81 on tyypiltään OVV (Optically Violent Variable), joka tunnetaan nimellä blasaari (blazar). Se kuuluu aktiivisten galaktisten ytimien (AGN) energisimpään alaluokkaan, jonka kertymäkiekosta ainetta putoaa mustaan aukkoon hyvin runsaasti, noin 4 000 auringonmassan (M_☉) verran vuodessa. Ennen mustaan aukkoon putoamistaan aine kuumenee plasmaksi ja säteilee sähkömagneetista säteilyä kaikilla mahdollisilla aallonpituuksilla. Osa plasmasta ohjautuu magneettikentän ohjaamana pyörimisakselin suuntaan ja muodostaa relativistisen suihkun, joka näkyy monissa kvasaarien röntgenalueen kuvissa.

S5 0014+81 on yksi kirkkaimmista tunnetuista kvasaareista, sillä sen kokonaisluminositeetti on yli 10⁴¹ wattia, mikä vastaa absoluuttista bolometristä magnitudia -31,5. Jos kvasaari olisi 280 valovuoden etäisyydellä Maasta, niin sen säteilisi yhtä paljon energiaa neliömetriä kohti kuin Aurinko, vaikka se olisi silloin 18 miljoonaa kertaa kauempana. Kvasaarin valovoima on siis noin 3 × 10¹⁴ (300 biljoonaa) kertaa Auringon valovoima eli yli 25 000 kertaa niin valovoimainen kuin Linnunradan 100 – 400 miljardin tähden valovoima yhteensä. Se on yksi havaittavissa olevan maailmankaikkeuden energisimmistä kohteista.

S5 0014+81:n on noin 10 000 kertaa massiivisempi kuin galaksimme keskipisteessä oleva musta aukko (noin 4 miljoonaa M_☉), mikä vastaa noin 40 miljardia M_☉. Kvasaari on myös kuusi kertaa massiivisempi kuin Messier 87:n musta aukko, joka oli 60 vuoden ajan massiivisin tunnettu musta aukko ja jota kutsuttiin "ultramassiiviseksi" mustaksi aukoksi.

Pelkkien lukujen valossa on vaikea hahmottaa kvasaarin mittasuhteita. Jos vertaamme sitä Aurinkokuntamme mittoihin, jotka nekään eivät ehkä ole nekään kovin havainnollisia, mutta ehkä jonkin verran tutumpia kuitenkin. Mustan aukon Schwarzschildin säde on 120 miljardia kilometriä, (noin 20 kertaa Pluton radan säde) ja se vastaa noin 800 au. Näin ollen mustan aukon tapahtumahorisontti pitäisi sisällään koko tunnetun Aurinkokuntaamme vastaavan alueen Oortin pilveä lukuun ottamatta, jonka arvioidaan ulottuvan noin 1 valovuoden etäisyydelle (noin 63 235 au).

Vielä pari knoppitietoa kvasaarista:

Kvasaarin nimitys S5 on peräisin Fifth Survey of Strong Radio Sources -järjestöstä, ja 0014+81 oli sen koordinaatit epookissa B1950.0. Sillä on myös toinen nimitys 6C B0014+8120 Cambridgen yliopiston Sixth Cambridge Survey of Radio Sources -kartoituksesta.

Nykytietämyksen mukaan mustat aukot säteilevät Hawkingin säteilyä, joka kuluttaa niiden massaa. Jokaiselle mustalle aukolle voidaan siis laskea ikä, jonka se saavuttaa ennen katoamistaan. Kvasaari S5 0014+81 laskennallinen ikä olisi 1,3 × 10⁹⁹ vuotta, joka on siis 10⁸⁸ kertaa maailmankaikkeuden nykyinen ikä. Tällaista ikää voi jo kutsua ikuisuudeksi. Joidenkin kosmologisten teorioiden mukaan maailmankaikkeus tulisi kokemaan ns. ”lämpökuoleman” noin 10¹⁰⁰ vuodessa. Silloin kaikki aine olisi muuttunut säteilyksi, joten S5 0014+81 olisi varmastikin yksi viimeisimmistä muistoista maailmankaikkeuden sisältäneestä aineesta. Mutta täytyy muistaa, että 10¹⁰⁰ ja kymmenkertainen 10⁹⁹ vuoden ikään verrattuna, eli siihen mahtuisi kymmen peräkkäistä nykyisen kaltaisten maailmankaikkeuksien kehityskaarta! Kyse on siis käsittämättömän pitkistä aikajaksoista.

 

 

Kirkkain komeetta vuosikymmeniin?

Tammikuun 13. päivän aamuna on mahdollisuus havaita kirkkainta komeetta ehkäpä vuosikymmeniin? Silloin komeetta C/2024 G3 (ATLAS) on perihelissään. Ainoa ongelma vain on, että komeetta näkyy hyvin lähellä Aurinkoa, jolloin kirkas taivas saattaa estää komeetan näkymisen. Sen kirkkaudeksi lasketaan m_v= –1,4, mutta onko se riittävä komeetan näkemiseen. Paras ajanhetki yrittää havaita sitä on juuri ennen auringonnousua, Tampereella kello 9.10.

Komeetan C/2024 G3 (ATLAS) voi hyvällä onnella havaita tammikuun 13. päivän aamuna kello 9.10, kun Aurinko on vielä horisontin alapuolella. Kuva © Kari A. Kuure.

 

Komeetta havaittiin Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) tutkimusprojektin 0,5 m -teleskoopilla Rio Hurtado (Chile) observatoriossa 5. huhtikuuta 2024. Silloin sen kirkkaus oli mv= 19 ja se sijaitsi 4,438 au etäisyydellä Maasta. Komeetta osoittautui Oortin pilven komeetaksi ja se oli lähestymässä Aurinkoa hyvin elliptisellä radalla taivaanekvaattorin eteläpuolelta. Se määriteltiin auringonhipojaksi, sillä sen perihelietäisyys on vain 0,09 au (n. 13,5 miljoonaa km). Välimatka on niin lyhyt, että komeetan mahdollisuus selvitä perihelin ohituksesta on pieni.

Meillä pohjoisella pallonpuoliskolla komeetan havaitseminen rajoittuu pariin päivään, tammikuun 12. ja 13. päivän aamuun. Tammikuun 12. päivän aamuna komeetan kirkkaus on m_v= –0,6, joka on aivan liian vähän, jotta komeetta erottuisi kirkkaan taustataivaan läpi. Perihelipäivänä, tammikuun 13. mahdollisuudet komeetan havaitsemiseen on hieman paremman sen suuremman kirkkauden vuoksi. Jos komeetta selviää perihelistä, niin seuraavana aamuna, tammikuun 14., komeetan kirkkaus on jo pudonnut ja on noin mv= –0,9. Se tuskin riittää komeetan näkemiseen.

Koska komeetta sijaitsee meistä katsoen hyvin lähellä Aurinkoa, havainnoissa tulee olla hyvin huolellinen. Erityisen varovainen tulee olla auringonnousun jälkeen, jolloin kirkas auringonvalo saattaa vaurioittaa silmiä korjaantumattomasti. Vaikka Aurinko on horisontissa, sen kirkkaus on tuhoisaa silmän verkkokalvolle etenkin, jos Aurinkoa katselee suojaamattomalla kiikarilla tai kaukoputkella. Silloinkin paras tapa on tehdä havainnot niin, että itse Aurinko jää jonkin rakennuksen katson harjan taakse. Jos sellaista mahdollisuutta ei ole, niin silloin on parempi keskittyä vain valokuvaamiseen, sillä jos kamera rikkoutuu, niin sen saa uusittua rahalla. Nykyaikaiset kamerat kyllä yleensä kestävät juuri ja juuri horisontissa olevan Auringon kirkkauden.