Jättiläinen Linnunradan keskustassa
Linnunradan keskustan alue Hubble- ja Spitzer-teleskooppien infrapuna-alueella kuvaamana. Kuvan alue on leveydeltään 300 valovuotta. Alueella on harvaa kaasua, johon vastasyntyneiden nuorten tähtien joukot puhaltavat kuplamaisia onkaloita. Sagittarius A* sijaitsee kuvan oikealla puolella olevan, spiraalia muistuttavan rakenteen uumenissa.
Kuva NASA, ESA, Q.D. Wang (University of Massachusetts, Amherst) and S. Stolovy (Caltech)
Teksti ilmestyi Ursan Facebook-sivulla 17.9.2017 osana Bongaa Linnunrata –kampanjaa 8.9.–8.11.2017.
Linnunrata on galaksiksi varsin suurikokoinen, vaikkakaan ei suurimmasta päästä. Galaksit kasvavat kookkaammiksi törmäilemällä toisiinsa sekä riipimällä ympärilleen ohikulkevista pienemmistä galakseista tähtiä ja kaasua. Kannibalismi on galaksien keskuudessa hyvin yleistä! Supermassiivisen mustan aukon päätellään kasvavan lopulta kaikkien tällaisten kookkaiden galaksien ytimeen toveritörmäysten seurauksena.Tavanomainen musta aukko syntyy raskaan tähden luhistuessa, kun sen ydinreaktiot lakkaavat. Tällaiset arkiset aukot painavat enimmillään ehkä kymmeniä Auringon massoja. Supermassiiviset mustat aukot ovat kuitenkin ihan omaa kokoluokkaansa: kaikkein järeimmissä niistä on kymmeniä miljardeja kertaa niin paljon massaa kuin Auringossa.
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan painovoima eli gravitaatio on avaruuden kaareutumista massojen vaikutuksesta. Mustat aukot ovat avaruuden alueita, joissa painovoima kaareuttaa avaruutta niin jyrkästi, että edes valo ei jaksa kiivetä sieltä ulos. Näin voi käydä, jos ainetta rutataan riittävän tiukasti kasaan. Syntyy niin tiivis kappale, että – hyvin kansantajuisesti ilmaistuna – sen avaruuteen painama kuoppa repeääkin kuiluksi. Kuilussa, jota kutsutaan singulariteetiksi, avaruuden kaareutuminen on ääretöntä eivätkä tunnetut fysiikan lait päde. Singulariteettia ympäröi kauempana näkymätön rajapinta nimeltä tapahtumahorisontti. Sen ylittävät asiat päätyvät aukkoon lopulta, mutteivät välttämättä heti. Tuon rajan takaa meillä ei ole keinoja saada mitään tietoa.
Mustat aukot kasvavat suuremmiksi, kun niihin putoaa ainetta. Ne eivät kuitenkaan ole mitään arvaamattomia imureita jotka ryystävät siekailematta kaiken ympäristöstään: jollei mene tapahtumahorisontin yli nuuskimaan, aukon läheltäkin pääsee vielä karkuun.
Koska valo jää tapahtumahorisontin taakse jumiin, mustat aukot ovat näkymättömiä. Ainoa tapa havaita niitä on katsoa, sattuisiko niitä kiertämään jotain, minkä voi havaita. Avaruudessa asiat kiertävät toisiaan tietyllä tavalla, joka riippuu niiden massasta. Jos jossakin näkyy tähti, joka kiepahtelee jonkun pienen näkymättömän pisteen ympärillä aivan kuten tuossa pisteessä olisi valtavat määrät massaa, siellä on todennäköisesti musta aukko. Joistain kaukaisemmista galakseista on havaittu ytimen suunnalta tuhansien valovuosien päähän sinkoavia hurjan nopeita, kapeita kaasusuihkuja. On päätelty, että ainoa riittävän energinen mekanismi piiskaamaan suihkuja olisi järeä musta aukko ja sen ympäristö.
1930-luvun alussa, kun radiotähtitiede oli vielä aivan lapsenkengissään, heppu nimeltä Karl Jansky huomasi Linnunradan lähettävän radiosäteilyä. Säteily oli kaikkein voimakkainta galaksin keskiosien suunnalla. Havaintolaitteiden kehittyessä huomattiin, että keskustan keskellä oli pieni, voimakkaasti säteilevä alue. Se sai 1980-luvulla nimen Sgr A*, eli Sagittariuksen (Jousimiehen) alueella oleva, atomeita virittävä säteilylähde (*) A (lausutaan ”Sagittarius A tähti”).
Tuota kohdetta kiertää useita tähtiä, jotka tulevat parhaimmillaan kutakuinkin yhtä lähelle sitä kuin kääpiöplaneetta Pluto kiertää Aurinkoa. Ne eivät kuitenkaan törmää alueella mihinkään. Ja silti tuohon pieneen, planeettakuntamme kokoiseen alueeseen on tähtien ratojen perusteella pakkautunut noin neljän miljoonan Auringon massan verran näkymätöntä materiaa. Haiskahtaa mustalle aukolle!
Itse asiassa tämä kirkas säteilylähde ei ole aivan tuon alueen keskellä, vaan hiukan siitä sivussa. Sen tulkitaankin olevan todennäköisesti aukkoa kiertävä, rankasti säteilevä kaasukiekko jonne aukkoa muinoin kiertäneet tähdet ja kaasupilvet ovat riipiytyneet, tai kenties aukon navoilta sinkoavaa ainetta. Linnunradan musta aukko on kuitenkin nykyään dieetillä, ja siitä mitataan röntgenröyhtäyksiä vain harvakseltaan. Aukkoon ei siis näytä juurikaan putoavan ainetta.
Sgr A* ei ole galaksin keskustassa yksin, vaan siellä käy melkoinen kuhina. Sisimmän, kolmisen valovuotta kanttiinsa olevan kuution sisällä on tyrmäävät 10 miljoonaa tähteä (vertailun vuoksi: Aurinkoa lähin tähti on noin neljän valovuoden päässä), joista useimmat ovat pieniä ja vanhoja, mutta seassa on yli sata erittäin nuorta ja kirkasta tähteä. Lähistöllä on myös vanhoja supernovajäänteitä ja aukkoa kohti pyörteileviä kaasupilviä. Sgr A*:lla saattaa olla myös keskimittainen kaveri: reilu viikko sitten raportoitiin, että 200 valovuoden päässä siitä näyttää olevan musta aukko, jolla on massaa 100 000 Auringon verran.
Parhaillaan on käynnissä kansainvälinen havaintohanke nimeltä Event Horizon Telescope, jossa koetetaan saada ympäri maapalloa sijaitsevien radioteleskooppien avulla kuva Linnunradan jättiaukosta. Kun laitteiden tuottama aineisto yhdistetään, saadaan aikaan illuusio yhdestä maapallon kokoisesta teleskoopista. Kuvaan pitäisi piirtyä mustan aukon ääriviiva: sirpin tai renkaan muotoinen valokehä, joka kehystää mustaa ympyrää. Sagittarius A* kuvattiin tämän vuoden keväällä, ja havainnoista koottua kuvaa odotellaan nähtäväksi tulevana talvena.
Suurhanke Event Horizon Telescope (EHT) yrittää saada kuvattua Sagittarius A*:n suoraan, ja kuvaushanke on jo käynnissä. Tuloksia odotellaan yhä. Miltä aukko näyttäisi radiokuvissa? Tietokonesimulaatioiden mukaan näyttäisi tältä, jos aukkoa katsottaisiin yläviistosta. Hurja painovoima vääntää aukkoa kiertävän kaasukiekon säteilemän valon renkaaksi aukon ympärille. Tumma pyöreä alue on mustan aukon varjo, tapahtumahorisontin rajaama alue.
Kuva Hotaka Shiokawa
Lisää EHT-kuvia ja -animaatioita: http://eventhorizontelescope.org/simulations-gallery