Kvasaarien sylkemä plasma valaisi varhaisen maailmankaikkeuden

Markus Hotakainen

Kvasaarit ovat tunnetusti aktiivisia galakseja, joiden supermassiivisiin mustiin aukkoihin syöksyvä aine saa ne säteilemään voimakkaasti. Joissakin tapauksissa osa aineesta sinkoutuu suihkuina kauas avaruuteen.

Eduardo Bañadosin johtama tutkimusryhmä on löytänyt toistaiseksi "kirkkaimmin" radioalueella säteilevän nuoren kvasaarin, joka on syntynyt maailmankaikkeuden ollessa alle miljardin vuoden ikäinen.

Kvasaarin löytymisen jälkeen Emmanuel Momjian teki siitä havaintoja, joiden avulla plasmasuihkusta saatiin ennennäkemättömän tarkkoja tietoja. Niiden ansiosta pystytään entistä paremmin selvittämään varhaisen maailmankaikkeuden ilmiöitä ja kehittymistä.

Tarkkaan tutkittu kvasaari tunnetaan luettelonimellä PSO J352.4034-15.3373. Kvasaarit löytyivät 1960-luvulla voimakkaan radiosäteilynsä perusteella, mutta todellisuudessa vain noin joka kymmenes kvasaari on "kirkas" radioalueella.

Voimakas radiosäteily on yleensä lähtöisin mustan aukon pyörimisakselin suuntaan lähtevistä suihkuista, joissa kuuma plasma liikkuu lähes valon nopeudella.

Nyt löytynyt kvasaari on erikoinen myös sikäli, että sen lähettämä säteily on taivaltanut halki maailmankaikkeuden lähes 13 miljardin vuoden ajan. Se onkin ensimmäinen alle miljardin vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa havaittu kvasaari, jolla on todettu olevan radioalueella säteilevä suihku.

"Varhaisessa maailmankaikkeudessa oli niukalti voimakkaita radiolähteitä, mutta tämä kvasaari on kertaluokkaa kirkkaampi kuin muut tuon aikakauden lähteet", Bañados arvioi.

Kun maailmankaikkeus alkuräjähdyksen jälkeen laajeni ja jäähtyi, kuumasta hiukkaspuurosta muodostui neutraalia vetykaasua. Alkuun universumi oli täysin pimeä, mutta kun gravitaatio kasasi osan aineesta ensimmäisiksi tähdiksi ja galakseiksi, niiden säteily sai vetykaasun ionisoitumaan. Ja valtaosa vedystä on edelleen samassa tilassa.

PSO J352.4034-15.3373 -kvasaarin säteily on peräisin aikakaudelta, jolloin maailmankaikkeuteen syttyivät pitkän pimeyden jälkeen jälleen valot.

"Kvasaarin suihkun avulla voi olla mahdollista kalibroida tulevia havaintoja, tarkastella alkuaikojen pimeyttä ja kenties selvittää, miten ensimmäiset galaksit syntyivät", Bañados toteaa.

Tutkimuksesta kerrottiin Carnegien tiedeinstituutin uutissivuilla ja se on julkaistu The Astrophysical Journal -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

Mustan aukon pyöriminen säätelee ainesuihkujen syntyä

Markus Hotakainen

Galaksien keskuksissa lymyäviä supermassiivisia mustia aukkoja tunnetaan jo niin paljon, että niiden ominaisuuksia voidaan selvitellä tilastollisesti. Tällä tavoin on nyt saatu tietoa siitä, miten aukkojen pyörimisliike vaikuttaa niiden lähistöltä suurella nopeudella sinkoutuvien aihesuihkujen syntyyn.

Suihkujen lähettämää säteilyä havaitaan erityisesti kvasaareissa, jotka ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin kuuluvia kohteita. Kvasaarien energia on peräisin miljoonia kertoja Aurinkoa massiivisempien mustien aukkojen kertymäkiekoista, joissa lähiympäristön aine kiertyy kohti kosmista imuria. Vain osa tästä energiasta säteilee radioalueella, sillä ainoastaan noin 10 prosenttia kvasaareista on "kirkkaita" radiosäteilyn aallonpituuksilla.  

Jo aiemmin on tiedetty, että radiosäteilyn voimakkuuteen vaikuttaa se, välttääkö osa kertymäkiekon aineesta karun kohtalon ja päätyy mustan aukon sijasta sen pyörimisakselin suuntaisiin ainesuihkuihin, jotka voivat sinkoutua miljoonien valovuosien etäisyydelle.

Tähän saakka ei kuitenkaan ole tiedetty, miksi joissakin kvasaareissa suihkuja esiintyy, joissakin taas ei.  

Andreas Schulzen johtama ryhmä Japanin kansallisessa tähtitieteen observatoriossa (National Astronomical Observatory of Japan) selvitti, vaikuttaako ainesuihkujen syntyyn supermassiivisen mustan aukon pyöriminen. 

Mustia aukkoja ei – ainakaan toistaiseksi – pystytä havaitsemaan suoraan, joten Schulze tarkasteli kollegoineen aukkoja ympäröivissä kertymäkiekoissa esiintyvän hapen ionin (O III) lähettämän säteilyn voimakkuutta. Se kertoo, kuinka paljon aukkoon syöksyvä aine vapauttaa energiaa. Siitä on puolestaan mahdollista määrittää aukon pyörimisliike ja -nopeus.

Analysoimalla lähes 8 000 Sloan Digital Sky Survey -aineistosta löytyvää kvasaaria Schulzen tutkijaryhmä huomasi, että hapen O III -emissio on radioalueella voimakkaasti säteilevissä kvasaareissa keskimäärin 1,5 kertaa suurempi kuin vaitonaisissa. Vinha pyörimisliike näyttää siis olevan merkittävä tekijä ainesuihkujen synnyn kannalta.

"Tutkimusmenetelmämme nojaa muiden vastaavien tavoin useisiin olettamuksiin. Tuloksemme eivät tietenkään tarkoita, että pyörimisliike olisi ilman muuta ainoa tekijä, joka erottaa radioalueella 'äänekkäät' ja 'hiljaiset' kvasaarit. Ne kuitenkin viittaavat siihen, että pyörimisliikettä ei pidä jättää huomiotta. Se saattaa määrittää näiden kaukaisten ainetta ahmivien hirviöiden melutason", Schulze pohtii.

Tutkimus julkaistiin alun perin Astrophysical Journal -lehdessä (maksullinen).

Kuva: NAOJ

Tilaa aihepiirin radiosäteily RSS-syöte