Tähdistöt: Oinas ja Ilves

Oinas ja Ilves
Oinas ja Ilves

Öisen taivaan poikki kaartuvan Linnunradan valovyön eri puolilla – ikään kuin aidan toisistaan erottamina – ovat Oinaan ja Ilveksen tähdistöt.

Oinas tai pikemminkin sen kirkkaimpien tähtien muodostama kuvio ei muistuta vähimmässäkään määrin oinasta tai mitään muutakaan eläintä. Se on ”samassa asennossa” kuin kuvion naapurina oleva Kolmion tähtikuvio.

Oinas on paljon laajempi tähdistö kuin sen kolmen kirkkaimman tähden perusteella voisi kuvitella. Se ulottuu Kolmiosta Härkään ja Valaskalaan saakka; Oinaan tähtikuvio on aivan varsinaisen tähdistön eli sen rajaaman alueen reunassa.

Monien muiden tähdistöjen tavoin myös Oinas liittyy kreikkalaiseen mytologiaan. Athamaksen sankaripoika Fryksos pakeni sisarensa Hellen kanssa äitipuoltaan Oinaan selässä. Oinaan uidessa salmen yli Helle putosi veteen, mistä vesiväylä sai nimen Hellespontus.

Fryksos pääsi turvaan, uhrasi Oinaan ja antoi sen taljan lohikäärmeen vartioitavaksi. Talja muuttui kullaksi, ja oli myöhemmin myyttisten merenkävijöiden, Iasonin johtamien argonauttien, kiinnostuksen kohteena.

Oinaan tähdistön kolmanneksi kirkkain tähti γ Arietis eli Mesarthim on kaunis kaksoistähti, joka erottuu jo kiikarilla. Toisin kuin esimerkiksi Joutsenen Albireo, jonka tähdet ovat selvästi eriväriset, Mesarthimin tähdet ovat kuin identtiset kaksoset: samanväriset ja lähes yhtä kirkkaat.

Ilves on pitkänomainen, himmeä ja vaatimaton tähdistö Ison karhun etutassujen ja Ajomiehen välissä. Sitä on vaikea hahmottaa minkäänlaisena varsinaisena kuviona. Kirkkaimmat tähdet ovat Ison karhun ja Kravun välimaastossa, lähellä yhtä vaatimattoman Pienen leijonan tähdistön rajaa.

Kuvion kirkkainkin tähti on varsin himmeä. α Lyncis eli Elvashak on punainen jättiläistähti, jonka läpimitta on lähes 60 kertaa suurempi kuin Auringon. Jos tähti olisi Auringon paikalla, Merkurius jäisi sen sisään. Ilveksen α-tähti säteilee yli 600 kertaa Aurinkoa voimakkaammin, mutta 220 valovuoden etäisyys tekee sen ”loisteesta” varsin vähäisen.

Ilveksen tähdistö on yksi Johannes Heveliuksen 1600-luvulla nimeämistä kuvioista. Nimensä se on saanut siitä, että tähdistön erottamiseksi on oltava yhtä tarkka näkö kuin ilveksellä. Tähdistön toisena nimenä on ollut Tigris eli Tiikeri.

Vilkkaan mielikuvituksen lisäksi menneiden aikojen tähtitieteilijöillä oli mitä ilmeisimmin varsin erheelliset tiedot eläinmaailmasta: kuvion toinen nimi juontui siitä, että tähdistön monet himmeät tähdet muistuttivat mukamas tiikerin täpliä.

Messierin luettelo 250 vuotta

Messierin luettelon kohteet
Messierin luettelon kohteet
Charles Messier ja Rapusumu
Nasan Messier-selain

Charles Messier tuskastui tähtitaivaalle sirottuneisiin utuläiskiin, jotka hämäsivät häntä komeetanmetsästyksessä. Niinpä Messier laati luettelon kohteista, joihin ei kannattanut uhrata aikaa eikä vaivaa.

1700-luvulla komeetat olivat kova sana. Vuonna 1758 Aurinkokunnan sisäosiin palasi kiertolainen, jonka paluun Edmond Halley oli ennustanut. Itse hän ei sitä ehtinyt nähdä, sillä Halley kuoli vuonna 1741. Nimestä tuli kuitenkin kuolematon: kiertolainen tuli tunnetuksi Halleyn komeettana. Sen myötä sekä suuri yleisö että alan ammattilaiset kiinnostuivat komeetoista, ja uusia pyrstötähtiä alettiin etsiä suurella innostuksella.

Pariisin observatoriossa työskennellyt Charles Messier (1730–1817) oli yksi Halleyn komeettaa tarkkailleista tähtitieteilijöistä. Etsiessään sitä öiseltä taivaalta hän äkkäsi sumuläikän, joka ei kuitenkaan voinut olla komeetta, sillä se pysyi tähtien suhteen paikallaan. Messier merkitsi sen paikan muistiin, jotta ei erehtyisi toista kertaa. Siitä sai alkunsa luettelo, joka kantaa hänen nimeään. Messier’n ensimmäinen muistiinmerkitty kohde on Härän tähdistön suunnassa sijaitseva supernovajäänne Messier 1 eli M1. Sittemmin se sai nimekseen Rapusumu.

Charles Messier ja Rapusumu

Charles Messier onnistui löytämään Halleyn lisäksi myös uusia komeettoja, mutta hänet tunnetaan paremmin kokoamastaan ”kiusankappaleiden” luettelosta. Kaikki sen kohteet eivät suinkaan ole Messier’n itsensä löytämiä, sillä osan on bongannut hänen työtoverinsa ja ystävänsä Pierre Mechain. Joitakin kohteita ovat ensimmäisenä havainneet myös muut astronomit, esimerkiksi Johann Bode.

Ensimmäinen versio luettelosta ilmestyi vuonna 1774, siis 250 vuotta sitten. Silloin siinä oli 45 kohdetta. Kuusi vuotta myöhemmin Messier julkaisi laajennetun 70 kohteen luettelon, ja ”lopullisen” muotonsa se sai vuonna 1781, jolloin kohteita oli 103. Myöhemmin listaan on lisätty Messier’n muistiinpanojen pohjalta vielä seitsemän kohdetta, joten nykyisellään luettelossa on kaikkiaan 110 kohdetta.

Parhaiten luettelossa ovat edustettuina tähtijoukot, joita on yhteensä 55 – avoimia 26 ja pallomaisia 29. Galakseja on 46, joista enemmistö eli 28 on spiraaligalakseja. Elliptisiä galakseja on kymmenen ja epäsäännöllisiä kahdeksan. Loput kohteet ovat kaasusumuja ja planetaarisia sumuja tai kaksoistähtiä ja asterismeja, tähtien muodostamia kuvioita. Supernovajäänteitä on vain yksi, luettelon ykköspaikkaa pitävä Rapusumu.

Sittemmin Messierin (nimen kirjoitusasu on vakiintunut luettelon yhteydessä tähän virheelliseen kirjoitusasuun) luettelosta muodostui tähtiharrastajien aarreaitta. Ranskalaisastronomi teki aikoinaan havaintoja pääasiassa kymmensenttisellä linssikaukoputkella. Saman kokoluokan ja paljon tehokkaampiakin teleskooppeja on käytössä monilla harrastajilla ja tähtiyhdistyksillä. Jotkut kohteet, kuten M45 eli Plejadit ja M31 eli Andromedan galaksi, erottuvat paljain silminkin.

Pariisin leveysasteelta näkee yli kymmenen astetta syvemmälle eteläiselle tähtitaivaalle kuin maamme etelärannikolta, joten kaikki Messierin kohteet eivät näy Suomesta ja osa on parhaimmillaankin hyvin matalalla. Eteläisemmissä maissa on mahdollista toteuttaa Messier-maraton, jossa yhden yön aikana pyritään käymään läpi koko luettelo. Mihin tahansa vuodenaikaan se ei onnistu: maratonin voi toteuttaa ainoastaan maalis–huhtikuussa, kun kaikki luettelon kohteet ovat öisellä taivaalla.

Kuvat: NASA, Public Domain

Katso Messier-kohteita kotisohvalta Nasan sovelluksen avulla

Nasan Messier-selain

Tähtienvälinen kulkuri oli todennäköisesti lähtöisin kaksoistähtijärjestelmästä

Viime syksynä Aurinkokunnan sisäosien halki sujahtanut pitkulainen ’Oumuamua-asteroidi paljastaa yhä salaisuuksiaan, vaikka sitä ei pystytä havaitsemaan enää maailman suurimmillakaan kaukoputkilla.

Tuore tutkimus antaa vihiä siitä, mistä asteroidi oli mahdollisesti peräisin. Toronton yliopiston Alan Jacksonin johtama ryhmä tarkasteli, miten ’Oumuamuan kaltainen kappale voisi sinkoutua tähtienväliseen avaruuteen.

Mallinnuksen mukaan se on paljon todennäköisempää, jos kyseessä on kaksoistähtijärjestelmä. Samalla selvisi, että kivisiä kappaleita – jollainen ’Oumuamua on – karkaa kaksoistähtiä ympäröivistä planeettajärjestelmistä yhtä tiuhaan kuin jäisiäkin.

"On tosi outoa, että ensimmäinen oman planeettajärjestelmämme ulkopuolelta tullut kappale on asteroidi, sillä komeetta olisi paljon helpompi löytää ja Aurinkokunnasta sinkoutuu paljon enemmän komeettoja kuin asteroideja", Jackson hämmästelee.

Tutkimuksessa tarkasteltiin myös kaksoistähtijärjestelmien yleisyyttä Linnunradassa. Kun tulokset yhdistettiin, kaikki viittasi siihen, että ’Oumuamua on peräisin kaksoistähtijärjestelmästä.

Täsmällistä tietoa alkuperästä on jokseenkin mahdoton saada, mutta tutkijat arvelevat, että ainakin toinen kaksoistähtijärjestelmän tähdistä on melko kuuma ja massiivinen, selvästi Aurinkoa suurempi tähti. Sellaisissa järjestelmissä on enemmän kivisiä kiertolaisia lähellä tähtiä.

Todennäköisesti ’Oumuamua pääsi karkuun jo planeettojen syntyvaiheessa, joten se on saattanut taivaltaa avaruudessa hyvin kauan ennen osumistaan omille kotikonnuillemme.

Mikäli tutkijoiden arvio pitää kutinsa, huomattavan suuri osa tähtienvälisistä vaeltajista on lähtöisin kaksoistähtijärjestelmistä. Jos ja kun niitä löydetään jatkossa lisää, on hyvin todennäköistä, että haaviin jää myös tähtienvälisiä komeettoja.

"Samaan tapaan kuin komeetat auttavat meitä ymmärtämään planeettojen syntyprosessia Aurinkokunnassa, tämä kummallinen kappale saattaa kertoa meille, miten planeetat muodostuvat muissa järjestelmissä", Jackson arvioi.

Tutkimuksesta kerrottiin Royal Astronomical Societyn uutissivuilla ja se on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -tiedelehdessä.

Kuva: ESO/M. Kornmesser

Pulsarin gammasäteily ajoittaa kaksoistähden kiertoliikettä

Pulsari kaksoistähdessä
Pulsari kaksoistähdessä

0FGL J2339.8-0530 on voimakas gammasäteilylähde, joka päätyi Fermi-avaruusteleskoopin kohdeluetteloon vuonna 2009. Muilla aallonpituuksilla tehdyt havainnot paljastivat, että se on millisekuntipulsari, joka kuuluu hyvin lähekkäiseen kaksoistähtijärjestelmään. 

Millisekuntipulsarit ovat tiheitä neutronitähtiä, massiivisten tähtien jäännöksiä, jotka nimensä mukaisesti pyörivät niin vinhasti, että ne tuikahtavat millisekuntien välein. Pulsarien voimakas magneettikenttä suuntaa niiden säteilyn kahteen kapeahkoon keilaan, jotka saavat ne näyttämään kosmisilta majakoilta. 

Gammasäteilylähteen toinen luettelonimi on PSR J2339-0533 – jos se nyt tekee muistamisen helpommaksi – ja sen radiosäteily paljasti kaksoistähdessä käynnissä olevan vuorovaikutuksen. 

Pulsarin voimakas säteily kuumentaa kaksoistähden toista osapuolta, tavallista tähteä, ja höyrystää sen uloimpia kerroksia. Höyrystyneestä aineesta muodostuu kaasupilviä, jotka imevät itseensä pulsarin radiosäteilyä ja aika ajoin peittävät sen "näkyvistä".

Gammasäteily sen sijaan läpäisee vaivatta kaasun ja tarjoaa aallonpituusalueen, jolla kaksoistähden ominaisuuksia on nyt pystytty määrittämään yksityiskohtaisesti. Pulsari ja tähti kiertävät toisensa kerran 4,6 tunnissa, mutta kiertoliike ei ole tasaista. Fermi-avaruusteleskoopin avulla pystyttiin tekemään huipputarkkoja havaintoja ja ne paljastivat kaksoistähden kiertoliikkeessä odottamattomia vaihteluja.

"Muutokset ovat ainoastaan joitakin sekunnin tuhannesosia, mutta verrattuna sekunnin miljoonasosien havaintotarkkuuteen, ne ovat suuria", kertoo tutkijaryhmään kuulunut Colin Clark. "Maan kiertoliikkeeseen suhteutettuna se tarkoittaisi, että vuoden pituus vaihtelisi kymmeniä sekunteja suuntaan tai toiseen."

Poikkeuksellinen tarkkuus perustui uuteen tapaan tarkastella lähteen lähettämää säteilyä. "Toisin kuin aikaisemmissa havaintomenetelmissä, joissa tarkasteltiin useiden gammafotonien keskimääräistä saapumisaikaa ja näin menetettiin ajallinen erotuskyky, meidän soveltamamme menetelmä perustuu yksittäisten fotonien saapumisaikoihin", selittää Clark. 

Todennäköisimpänä syynä kiertoajan vaihteluun pidetään pieniä muutoksia tähden muodossa. Niiden taustalla olisi puolestaan magneettinen aktiivisuus, periaatteessa samanlainen, mutta paljon voimakkaampi ilmiö kuin Auringossa. Kun tähden muoto muuttuu, tapahtuu myös sen vetovoimassa muutoksia, ja se vaikuttaa tähden ja pulsarin keskinäiseen kiertoliikkeeseen.  

Asia ei kuitenkaan ole vielä loppuunkäsitelty eikä selitys täysin vankalla pohjalla. "Tulevaisuudessa samaan aikaan näkyvän valon alueella tehtävät havainnot auttavat meitä osoittamaan tähden aktiivisuuden ja kiertoajan muutosten välisen riippuvuuden", toivoo tutkijaryhmää johtanut Holger Pletsch.

Tutkimuksesta kerrottiin Albert Einstein -instituutin uutissivulla ja se julkaistiin The Astrophysical Journal -tiedelehdessä.

Kuva: Knispel/AEI/SDO/AIA/NASA/DSS

Lukiolaiset löysivät erikoisen kaksoistähden

Voivatko neutronitähti ja pulsari muodostaa kaksoistähden? Kyllä voivat, vaikka sellaisia ei kovin paljon tunnetakaan. Nyt näiden harvinaisten järjestelmien joukko on kasvanut poikkeuksellisella parilla.

Pulsarit löydettiin vuonna 1967, kun taivaalta havaittiin tulevan hyvin säännöllisiä radiopulsseja. Ennestään tuntemattomille kohteille annettiin ensin tunnukseksi LGM, Little Green Men eli "pienet vihreät miehet": pulssien säännöllisyyden arveltiin mahdollisesti viittaavan keinotekoiseen alkuperään.

Oudot kohteet osoittautuivat kuitenkin luonnontuotteiksi, vinhasti pyöriviksi neutronitähdiksi, jotka ovat Aurinkoa massiivisempien tähtien kehityksen päätepisteitä. Pulsareiden säteily suuntautuu voimakkaan magneettikentän ansiosta kahteen vastakkaiseen keilaan. Jos keilat sattuvat osumaan Maan suuntaan, ne havaitaan hyvin nopeasti sykkivinä pulsseina, kuin kaukaisen majakan välkkeenä.

Noin joka kymmenes pulsari kuuluu kaksoistähtijärjestelmään. Useimmiten parina on valkoinen kääpiö, suunnilleen Auringon kokoisen tähden jäähtyvä jäänne. Vain ani harva pulsari kiertää toista neutronitähteä, pääsarjaan kuuluvasta, vakaasti loistavasta tähdestä puhumattakaan. Tutkijoiden mukaan kaksoisneutronitähtien harvinaisuus johtuu neutronitähtien syntytavasta.

Kun Aurinkoa massiivisempi tähti päättää päivänsä, se räjähtää supernovana. Vaikka kuoleva tähti alkujaan kuuluisikin kaksoistähtijärjestelmään – kuten suuri osa tähdistä kuuluu – räjähdys sinkoaa tähden tiiviiksi puristuneen jäänteen eli neutronitähden usein kauas avaruuteen: kaksoistähtijärjestelmä hajoaa.

Todennäköisyys sille, että kaksoistähti selviäisi peräti kahdesta supernovaräjähdyksestä, jolloin jäljelle jäisi kaksoisneutronitähti, on hyvin pieni. Mahdotonta se ei kuitenkaan ole, ja uuden löydön toivotaan antavan valaistusta tähän epätodennäköiseen syntyprosessiin.

Uuden pulsarin, joka sai tunnuksekseen PSR J1930-1852, löysivät lukiolaiset Cecilia McGough ja De’Shang Ray vuonna 2012. He olivat mukana Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön järjestämässä PSC-projektissa (Pulsar Search Collaboratory). Siinä lukiolaiset saavat tutkia radioteleskoopilla kerättyä havaintoaineistoa, jossa saattaa piileksiä merkkejä pulsareista.

Hyviä kandidaatteja löytävät lukiolaiset pääsevät Green Bankin radio-observatorioon tekemään jatkohavaintoja yhdessä tähtitieteilijöiden kanssa. Green Bankin 100-metrinen antenni on maailman suurin täysin suunnattava radioteleskooppi. Se sijaitsee "kansallisella radiohiljaisuuden vyöhykkeellä", joka on muodostettu varmistamaan ensiluokkaiset olosuhteet huipputarkkojen radiohavaintojen tekemiselle.

 

Jatkotutkimukset varmistivat, että kyseessä todella on pulsari, ja lisäksi ne osoittivat sen kuuluvan kaksoistähtijärjestelmään. Kun pulsarin suunnassa ei havaittu optisella alueella mitään, kävi ilmeiseksi, että myös kaksoistähden toinen osapuoli on neutronitähti. Pulsarin lähettämien säteilypulssien tarkempi analyysi paljasti, että sen ja neutronitähden välinen etäisyys on suurempi kuin yhdessäkään aiemmin tunnetussa järjestelmässä.

Yleensä kaksoisneutronitähdet ovat hyvin lähekkäisiä. Ne saattavat kiertää toisiaan alueella, jonka halkaisija on jokseenkin sama kuin Auringon läpimitta eli miljoonan kilometrin luokkaa. Silloin niiden kiertoaika toistensa ympäri on alle vuorokauden.

J1930-1852 ja sen kumppanina oleva neutronitähti kiertävät toisiaan noin 52 miljoonan kilometrin etäisyydellä eli suunnilleen yhtä kaukana kuin Merkurius kiertää Aurinkoa. Etäisyys on yli tuplaten suurempi kuin edellisen "ennätyksen" haltijalla. Pulsarin ja neutronitähden kiertoaika on peräti 45 vuorokautta.

Toistaiseksi ei tiedetä, miten näin väljä kaksoisneutronitähti on voinut syntyä, mutta siitä tehtävien havaintojen toivotaan antavan siitä tietoa. Joka tapauksessa löytö osoittaa, että neutronitähtien muodostamat kaksoistähtijärjestelmät ovat paljon aiemmin oletettua monimuotoisempia.

Löydöstä kerrottiin NRAO:n (National Radio Astronomy Observatory) uutissivuilla ja tutkimus julkaistaan Astrophysical Journal -lehdessä.

Kuvat: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF (kaksoisneutronitähti) ja NRAO/AUI/NSF (radioteleskooppi)