Esitelmä Andromedan galaksista

Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli vuorossa dosentti Pekka Teerikorpi, jonka aiheena oli Andromedan kaukaisuus - matka taivaan porteille. Se järjestettiin yhdessä Kirkkonummen Kansalaisopiston kanssa. Kuulijoita oli noin 85 henkeä.

Esitelmässä kerrottiin Andromedan sumun, lähimmän suuren galaksin etäisyyden mittauksen historiasta. Siinä tapahtui läpimurto, kun 1920 tienoilla kolme astronomia (Lundmark, Öpik, Hubble) mittasi sen etäisyyden kolmella eri menetelmällä. Tämä paljainkin silmin näkyvä sumu on portti galaksiavaruuteen, joka paljastui Andromedan suuren etäisyyden myötä. Mitä nykyään tiedetään sen etäisyydestä?

Dosentti Pekka Teerikorpi toimii tutkijana Turun yliopiston Tuorlan Observatoriossa. Yksi hänen tutkimusalueistaan on kosmiset etäisyystikkaat galaksiavaruudessa.

Klikkaa kuvaa!
Dosentti Pekka Teerikorpi esitelmöi Kirkkonummella.

Spiraalisumujen arvoitus

Esitelmöitsijä aloitti puhumalla 1500-luvun lopulla eläneestä Giordano Brunosta, joka poltettiin roviolla vuonna 1600. Giordano Bruno sanoi: "Vakuuta meidät äärettömän maailmankaikkeuden opista! Särje nämä kuvitellut kuvut ja pallopinnat... Anna meille oppi maanpäällisten lakien universaalisuudesta kaikissa maailmoissa... Avaa meille portti, josta voimme katsoa lukemattomia, kaikkialla samanlaisia tähtimaailmoja."

Galileo Galilei avasi portin vuonna 1609, kun hän alkoi tehdä tähtitieteellisiä havaintoja kaukoputkella. Ja 1700-luvulla taivas alkoi täyttyä sumuista.

Rossen jaarli William Parsons löysi spiraalisumut suurella 183 cm peilikaukoputkellaan v. 1845. Hän teki piirroksen Ajokoirien galaksista M51. Valokuvausta alettiin käyttää tähtitieteessä vasta nelisenkymmentä vuotta myöhemmin.

1900-luvun alussa taivaalta tunnettiin jo tuhansia spiraalisumuja, mutta ei tiedetty mitä ne olivat ja kuinka kaukana ne olivat. Ne näyttivät karttavan Linnunradan tasoa ja ne muodostivat usein joukkoja.

Ovatko spiraalisumut Linnunradan osia vai isoja itsenäisiä tähtijärjestelmiä? 1900-luvun alussa ensimmäinen vaihtoehto oli suosituin: Linnunrata on saari tyhjässä avaruudessa ja spiraalisumut ovat kaasua, jotka ovat tähtien etäisyyksillä.

Klikkaa kuvaa!
Teerikorven esitelmää kuunteli 85 henkeä.

Andromedan sumun historiaa

Persialainen tähtitieteilijä Abd al-Rahman Al-Sufi kuvaili Andromedan galaksin "pieneksi pilveksi" kiintotähdistä kertovassa kirjassaan Kitab al-Kawakib al-Thabit al-Musawwar vuonna 964 jaa. Kohde oli kuitenkin persialaisten tutkijoiden tiedossa jo ainakin vuodesta 905 lähtien.

Simon Marius havaitsi sitä alkeellisella kaukoputkellaan vuonna 1612. Marius kuvailee löytöään: "Kaukoputken avulla olen löytänyt tähden, tai tähdenkaltaisen, erikoisen muotoisen, joka eroaa muista taivaan tähdistä. Se on lähellä kolmatta, pohjoisinta tähteä Andromedan vyötäröllä. Paljaalle silmälle se näkyy pilvenä, mutta laite ei näytä siinä erillisiä tähtiä kuten muissa sumuisissa tähdissä."

Klikkaa kuvaa!
Andromedan galaksi

Charles Messier merkitsi Andromedan sumun luetteloonsa merkinnällä M31 vuonna 1764 ja merkitsi sen löytäjäksi Simon Mariuksen. Andromedan sumussa havaitsi 1885 Ernst Hartwig Tarton observatoriossa Virossa supernovan. Sen kirkkaus oli kymmenesosa Andromedan sumun kirkkaudesta.

Ensimmäisen valokuvan Andromedan sumusta otti Isaac Roberts 1888. Nyt ilmeni, että kyseessä on spiraalisumu.

Vesto Slipher työskenteli Percival Lowellin tähtitornissa Arizonassa. Lowell oli Flagstaffin pormestari ja hänen kätensä ulottuvilla oli kaupungin pääkatkaisija. Hän ei epäröinyt käyttää sitä, kun katuvalot alkoivat häiritä himmeiden sumujen havaitsemista.

Slipherin tehtäväksi tuli asentaa kaukoputkeen spektrografi. Hänen tehtävänään oli tutkia, pyörivätkö sumut?

1912 Slipher onnistui kuvaamaan Andromedan sumun spektrin. Viivat olivat siirtyneet reilusti! Niistä näkyi, että sumu lähestyy nopeudella 300 km/s. Tämä on enemmän oma kuin sumun syy. Linnunrata pyörii ja me kiidämme sumua päin! Kun tämä otetaan huomioon, Andromedan sumun lähestymisnopeudeksi jää 100 km/s. Lisäksi huomattiin, että Andromedan sumu pyörii.

Kosmisia etäisyysmittareita

Periaatteessa olemassa on kolme erilaista tapaa mitata taivaankappaleiden etäisyyksiä. Ensinnäkin läheisten tähtien etäisyyksiä voi mitata kolmiomittauksella. Tässä käytetään kolmion kantana Maan radan halkaisijaa. Lähimmänkin tähden etäisyydeltä Maan rata näkyy alle kaarisekunnin kulmassa. Tätä menetelmää sanotaan parallaksiksi.

Toiseksi on valo-opillinen menetelmä. Mitä kauempana valolähde on, sitä himmeämpänä se näkyy. Tätä voidaan soveltaa kaukaisiinkin tähtiin ja galakseihin. Tässä on ongelmana taivaankappaleen todellinen kirkkaus, se pitäisi tietää.

Kolmanneksi on läpimittamenetelmä. Pintakohde, esim. galaksi, näkyy sitä pienempänä mitä kauempana se on. Tässä taas pitäisi tietää kohteen todellinen koko.

1904-07 Karl Bohlin Tukholmasta yritti mitata Andromedan sumun parallaksin. Siitä ei vielä nähty tähtiä, joten hän mittaili sumun kirkasta ydintä. Sen sijainnista vertailutähtien suhteen hän sai näkyviin pienen vuotuisen vaihtelun, kuin 7 parsekin eli 23 valovuoden etäisyydellä olevalle tähdelle.

Andromedan sumu olisi aivan naapurissa! Läheisin tähti, alpha Kentauri on 1,3 parsekin eli 4,2 valovuoden päässä ja Sirius toisen mokoman kauempana. Suurin osa tähdistä etäämpänä kuin 50 parsekia. Orionin sininen Rigel on 250 parsekin päässä, Betelgeuseen on matkaa 200 parsekia. Nuo kirkkaat tähdet olisivat paljon etäämpänä kuin himmeä Andromedan sumu. Osoittautuikin, ettätämä mittaus oli virheellinen. Andromeda on aivanliian kaukana parallaksimenetelmälle.

Yksi parsek on etäisyys, josta Maan etäisyys Auringosta näkyy yhden kaarisekunnin kulmassa. Yksi parsek on 206.265 Maan ratasädettä eli 3,26 valovuotta. 20 cm:n kokoinen lautanen näkyy kaarisekunnin kulmassa 40 km päästä. Linnunradan koko noin 20.000 parsekia eli 65.000 valovuotta.

Andromedan etäisyys mitataan

Noin 1840 kolme miestä mittasi samalla menetelmällä kolmen eri tähden etäisyyden. Kunnia ensimmäisestä mittauksesta annettiin Friedrich Besselille.

Noin 1920 kolme miestä mittasi kolmella eri menetelmällä saman galaksin etäisyyden. Heistä Knut Lundmark 1919 käytti uusia tähtiä eli novia. Linnunradan novien etäisyys ja kirkkaus tiedettiin. Tätä hän vertasi Andromedan sumussa havaittujen novien kirkkauteen. Tästä hän sai Andromedan sumun etäisyydeksi 200.000 parsekia.

Ernst Öpik vuosina 1918/21 käytti menetelmää, jossa hän tutki Andromedan sumun pyörimistä. Massa ja havaittu kirkkaus täsmäsivät, jos Andromedan sumun etäisyys olisi 785.000 parsekia. Hän julkaisi kuitenkin vuonna 1922 tulokseksi 450.000 parsekia.

Vuonna 1912 Henrietta Leavitt löysi yhteyden kefeidien ( muuttuvia tähtiä) vaihtelujakson ja kirkkauden välillä. Mitä kirkkaampia, sitä verkkaisempi on niiden vaihtelujakso. Kefeidit ovat jättiläistähtiä ja ne ovat tuhansia kertoja kirkkaampia kuin Aurinko. Ne näkyvät kaukaa ja ovat hyviä etäisyysmittareita.

Vuonna 1917 valmistui Wilson-vuorelle Kaliforniaan 2,5 metrin peilikaukoputki. Edwin Hubble etsi vuosina 1923-24 Andromedan sumusta novia. Hän löysi sieltä kefeidejä ja sai sumun etäisyydeksi 275.000 parsekia.

1930-luvulla Andromedan galaksin etäisyytenä pidettiin Hubblen 275.000 parsekia. Mutta Knut Lundmark huomasi, että kefeidien ja muiden mittarien (novat, jättiläistähdet, pallomaiset joukot) tulokset poikkeavat, kefeideistä hän sai 400.000 parsekia, jälkimmäisistä 540.000 parsekia.

Vuonna 1948 valmistunut Palomarin 5 m kaukoputki lunasti pian toiveet. Walter Baade keksi, että Andromedan galaksin etäisyys oli arvioitu liian pieneksi. Kefeidien sykkimislaissa oli virhe, niitä oli pidetty liian heikkovaloisina. Uudeksi etäisyydeksi hän sai 500.000 parsekia.

Nykyisin tiedetään useiden mittausten perusteella, että Andromedan galaksin etäisyys on 770.000 parsekia eli 2,5 miljoonaa valovuotta. Se on Linnunradan ja yli 40 muun pienemmän galaksin kanssa paikallisen galaksiryhmän jäsen. Ryhmän ulkopuolella avautuu galaksiavaruus, joka on mahdollisesti loputtomiin täynnä eri kokoisia galaksien joukkoja.

Jos tähden koko kutistetaan metriksi, huhuilee naapuri 20.000 km päässä. Tapaamisia ei ole maanvaivaksi asti.

Sen sijaan galaksit ovat suhteellisesti ottaen paljon lähempänä toisiaan kuin tähdet. Ihmiseen suhteutettuina naapurit kyräilevät toisiaan sadan metrin etäisyydeltä, joukoissa tätäkin lähempänä. Galaksit törmäilevät paljon useammin kuin tähdet. Jopa Andromedan galaksi ja Linnunrata saattavat törmätä kolmen miljardin vuoden kuluttua. Ne lähestyvät toisiaan nopeudella noin 100 km/s.

Seuraavana Komeetan esitelmäsarjassa on vuorossa fil. tri Jenni Virtanen, joka kertoo aiheesta Kääpiöplaneetat Neptunuksen takana. Esitelmä on tiistaina 9.1. klo 18.30 alkaen Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa.

Seppo Linnaluoto