Esitelmä mikrokvasaareista

Kirkkonummen Komeetta järjesti Kirkkonummella esitelmätilaisuuden, jossa fil. tri Diana Hannikainen kertoi mikrokvasaareista. Diana Hannikainen toimii akatemiatutkijana Helsingin yliopiston Tähtitieteen laitoksella. Esitelmä järjestettiin yhdessä Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunnan kanssa. Esitelmällä oli 47 kuulijaa.

Fil. tri Diana Hannikainen

Kvasaarit havaittiin ensimmäistä kertaa 1960-luvulla. Kesti muutamia vuosia ennenkuin ymmärrettiin, että kvasaarit ovat jättiläismäisiä systeemejä hyvin kaukana meistä: ne koostuvat galaksin keskellä olevasta supermassiivisesta (miljoonien tai miljardien Auringon massan kokoinen) mustasta aukosta. Mutta se mikä ensin kiinnitti huomiota kvasaareihin oli se, että niistä lähtee radiosuihkuja melkein valonnopeudella. Sitten 1990-luvun alussa havaittiin radioteleskoopeilla ensimmäistä kertaa ns. "superluminaalinen" (eli näennäisesti valonnopeutta suurempi) efekti meidän omassa Linnunradassamme. Kun jatko-havaintoja tehtiin, todettiin että tämä superluminaalinen efekti olikin radiosuihku, joka lähti röntgen-kaksoistähdestä (systeemi jossa tavallinen tähti ja musta aukko kiertävät toisiaan). Tässä tapauksessa musta aukko on vain muutaman Auringon massan kokoinen. Nämä piirteet - siis musta aukko (supermassiivinen tai tavallinen), josta lähtee radiosuihku melkein valonnopeudella - yhdistävät kvasaarit ja nämä uudet systeemit: siksi annettiin niille nimi "mikrokvasaari", koska kooltaan ne ovat paljon pienempiä kuin niiden toisissa galakseissa olevat serkut.

Klikkaa kuvaa!
Fil. tri Diana Hannikainen piti esitelmän Kirkkonummella. Kuva Eija Nyman.

Esitelmässä kerrottiin mikrokvasaareitten historiasta, miten ja miksi niitä havaittiin, kuinka monta niitä on meidän Linnunradassamme ja onko niitä havaittu muissa galakseissa. Sen lisäksi kerrottiin lisää radiosuihkuista ja relativistista efekteista, jotka antavat vaikutelman, että radiosuihkut liikkuvat nopeammin kuin valo.

Sähkömagneettinen säteily

Esitelmöitsijä aloitti kertomalla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituusalueista. Tunnemme monenlaista säteilyä. Näkyvän valon lisäksi on mm. röntgensäteitä, infrapunasäteilyä ja radio- ja televisiolähetyksissä käytettävää radiosäteilyä. Ne ovat kaikki samantyyppistä fotoneista koostuvaa säteilyä, mutta niiden aallonpituudet ovat erilaiset. Kaikkien näiden säteilylajien yhteinen nimitys on sähkömagneettinen säteily.

Klikkaa kuvaa!
Fil. tri Diana Hannikainen työskentelee Helsingin yliopiston Tähtitieteen laitoksella.

Näkyvä valo muodostaa vain hyvin pienen osan koko sähkömagneettisesta säteilystä. Näkyvää valoa pitempiaaltoista säteilyä on infrapunasäteily (eli lämpösäteily), mikroaaltosäteily ja kaikkein pitkäaaltoisinta on radiosäteily. Näkyvää valoa lyhytaltoisempaan päin on ultraviolettisäteily, röntgensäteily ja gammasäteily. Esimerkiksi Krapusumu (joka on supernovan jäännöspilvi) säteilee kaikilla aallonpituusalueilla radioaalloilta röntgensäteisiin asti.

Säteilyn aallonpituudesta riippuu, kuinka hyvin se pääsee ilmakehän läpi. Monilla aallonpituuksilla ilmakehä on täysin läpinäkymätön. Näkyvä valo pääsee hyvin ilmakehän läpi. Kuitenkin ilmakehä haittaa havaintoja monin tavoin. Niinpä kaukoputket pyritään sijoittamaan korkeille vuorille, missä osa ilmakehästä jää kaukoputken alapuolelle. Myös radiosäteily pääsee ilmakehän läpi. Muita aallonpituusalueita joudutaan havaisemaan ilmakehän ulkopuolelta, tekokuista.

Mustien aukkojen historiaa

Yli 200 vuotta sitten englantilainen geologi John Michell esitti ajatuksen, että teoreettisesti olisi mahdollista olla kohde, jolla olisi niin suuri painovoima, että valokaan ei pääse pakenemaan siitä. Ranskalainen matemaatikko ja filosofi Simon Laplace popularisoi 1796 Michellin ideaa.

Vuonna 1915 Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian pohjalta Karl Schwarzschild kehitti mustien aukkojen teoriaa. Traagisen kuolemansa takia hän ei saanut työtään loppuun, mutta hän esitti mm. ns. Schwarzschildin säteen eli tapahtumahorisontin, jonka takaa mikään ei pääse pois.

Klikkaa kuvaa!
Albert Einstein (1879-1955).

Robert Oppenheimer kumppaneineen osoitti vuonna 1939, että mustia aukkoja todella voisi olla olemassa.

John Archibald Wheeler otti vuonna 1967 käyttöön termin musta aukko. Tähtitieteilijät ottivat termin käyttöön hyvin nopeasti. Aikaisemmin oli käytetty termiä luhistuneet tähdet tai jäätyneet tähdet.

Klikkaa kuvaa!
Esitelmää kuulemassa oli 47 henkeä. Kuva Seppo Linnaluoto.

Kahdenlaisia mustia aukkoja

Koska musta aukko ei normaalisti säteile, sitä on tietenkin hyvin vaikea havaita. Sillä voi olla vain kolme ominaisuutta, painovoima, pyörimiseen liittyvä impulssimomentti sekä sähkövaraus.

Mustia aukkoja tunnetaan nykyään kahta lajia. Ensinnäkin suunnilleen tähden massainen musta aukko sekä supermassiivinen musta aukko.

Tähtien massaisten mustien aukkojen synty tunnetaan hyvin. Niitä syntyy supernovaräjähdyksissä. Niiden massat ovat kolmesta n. 14:ään Auringon massaa. Niitä voidaan havaita kaksoistähtisysteemeissä, jotka säteilevät röntgensäteitä. Nämä mustat aukot ovat meidän omassa Linnunradassamme. Tähden massaisten mustien aukkojen tapahtumahorisontin halkaisijat ovat muutamia kilometrejä.

Toinen mustien aukkojen laji ovat supermassiviset mustat aukot. Niiden massat ovat miljoonasta miljardiin Auringon massaan. Niitä on galaksien ytimessä. Kukaan ei todella tiedä miten supermassiiviset mustat aukot ovat syntyneet.

Klikkaa kuvaa!
Fil. tri Diana Hannikainen esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Kvasaarit ovat mustia aukkoja

Vuonna 1963 Maarten Schmidt havaitsi "radiotähteä", joka näkyi myös näkyvässä valossa. Hän havaitsi, että tämän kohteen 3C273 spektriviivoilla oli peräti 16 %:n punasiirtymä. Tämä merkitsi, että kohde oli tavattoman kaukana ja säteili biljoonia kertoja enemmän kuin Aurinko. Hän alkoi nimittää kohdetta kvasistellaariseksi kohteeksi eli kvasaariksi.

Kohteen valo vaihteli päivien tai viikkojen kuluessa, mikä merkitsi että se ei voi olla juuri meidän aurinkokuntaamme suurempi. Mikä voisi tuottaa tuollaisen tavattoman suuren energiamäärän pienessä tilassa? Päädyttiin siihen, että kyseessä voisi olla vain supermassivinen musta aukko.

Sittemmin on löydetty satoja kvasaareja. On päädytty siihen, että kvasaarit ovat aktiivisia galaksin ytimiä. Ne ovat mustia aukkoja, joiden massa on ehkä kymmenestä miljoonasta miljardiin Auringon massaa. Usein kvasaarista lähtee radiosuihku.

On myös mikrokvasaareja

Vuonna 1992 esitettiin, että on olemassa myös mikrokvasaareja. Ne ovat kaksoistähtiä, joissa toinen komponentti on luhistunut mustaksi aukoksi. Normaalista tähdestä virtaa ainetta mustan aukon ympärille muodostaen kertymäkiekon. Kertymäkiekko säteilee röntgenaallonpituuksilla. Kertymäkiekosta siirtyy vähitellen ainetta myös mustan aukon sisälle.

Klikkaa kuvaa!
Mikrokvasaarin malli, taiteilijan näkemys.

Mikrokvasaarit muistuttavat hämmästyttävästi kvasaareja, vaikka kyse on aivan eri suuruusluokan ilmiöistä. Mikrokvasaarit ovat vain muutaman Auringon massan suuruisia, kvasaarien massa on taas miljoonia tai miljardeja Auringon massoja. Mikrokvasaarit ovat meidän oman Linnunratamme kohteita vain kymmenientuhansien valovuosien päässä, kvasaarit ovat galaksien ytimiä, jotka ovat miljardien valovuosien päässä.

Klikkaa kuvaa!
Kvasaarin ja mikrokvasaarin vertailua. Piirros Nature-lehti.

Seuraavan esitelmän pitää professori Hannu Koskinen tiistaina 26.10. klo 18.30 Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa Auringon myrskyistä.

Seppo Linnaluoto