Hyppää pääsisältöön

Avaruudesta tulee toistuvasti omituisia radiopulsseja – viimeisimmän niistä havaittiin tulevan lähes naapurista

ASKAP-radioteleskooppi tähtitaivaan alla
ASKAP-teleskooppi Australiassa Linnunradan alla. Näillä antenneillla on havaittu myös nopeita radiopurskeita. ASKAP-radioteleskooppi tähtitaivaan alla Kuva: CSIRO radioteleskooppi,Square Kilometre Array - Australia

Tähtitieteilijät ovat havainneet jo yli 150 voimakasta, yllättävää radiopulssia, joiden alkuperästä voi esittää vain arvauksia. Monet pulssit ovat olleet toistuvia, mikä on saanut mielikuvituksen laukkaamaan ja pohtimaan, olisivatko ne viestejä vierailta sivilisaatioilta. Niin sanotut nopeat radiopurskeet ovat tulleet tähän mennessä kaukaa Linnunradan ulkopuolelta, mutta tuorein huhtikuun lopussa havaittu pystyttiin paikantamaan tulevan omasta galaksistamme. Siis muihin verrattuna ihan naapurista. Mistä oikein on kyse?

Tähtitaivaalla tapahtuu koko ajan kaikenlaista jännää, vaikka paljain silmin katsottuna se näyttää aina samanlaiselta. Tähdet vain tuikkivat ja tähdistöt liikkuvat kuin karusellissa pohjantähden ympärillä maapallon pyöriessä akselinsa ympäri.

Tarkemmin katsellessa tähdet, sumut, galaksit ja muut taivaan taivaltajat eivät ole kuitenkaan muuttumattomia. Ne liikkuvat toistensa suhteen, niiden kirkkaudet muuttuvat vähän ja joskus niissä tapahtuu lyhytaikaisia purkauksia.

Toisinaan tapahtuu myös jotain yllättävää: esimerkiksi supernovaräjähdyksiä, neutronitähtien ympärillä tapahtuvia kuumia kaasun leikkejä tai mustien aukkojen törmäyksiä.

Omassa kotigalaksissamme näitä rajuja tapahtumia on erittäin harvoin, mutta kun muita galakseja tiedetään olevan ainakin sata miljardia, havaitaan tällaisia varsin äreitä ilmiöitä varsin usein. Niitä ei useinkaan voi havaita paljain silmin, eikä edes kaukoputkilla näkyvän valon alueella, vaan paras tapa tutkia niitä on kuunnella radioteleskoopeilla tai napata erilaisin kummallisin ilmaisimiin niistä tulevia röntgen- ja gammasäteitä.

Nykyisin voidaan myös havaita näistä tulevia hiukkasia, neutriinoita, tai rekisteröidä näiden synnyttämiä painovoima-aaltoja.

Radiopurske koodinimeltä FRB 180916.J0158+65 onnistuttiin myös kuvaamaan. Se tapahtui 500 miljoonan valovuoden päässä olevassa kierteisgalaksissa.
Radiopurske koodinimeltä FRB 180916.J0158+65 tapahtui 500 miljoonan valovuoden päässä olevassa kierteisgalaksissa. Radiopurske koodinimeltä FRB 180916.J0158+65 onnistuttiin myös kuvaamaan. Se tapahtui 500 miljoonan valovuoden päässä olevassa kierteisgalaksissa. Kuva: B. Marcote et al. Nopea radiopurske

Mikroaaltouuni vai neutronitähden kouristus?

Huhtikuun 28. päivänä havaittu radioaaltopulssi kuuluu niin sanottujen nopeiden radiopurskeiden luokkaan. Ne tunnetaan myös englanninkielisen nimensä (fast radio burst) mukaisesti lyhenteellä FRB.

Nämä ovat vain sekunnin tuhannesosia kestäviä, erittäin voimakkaita radiosignaaleita. Voimakkuus tässä tarkoittaa sitä, että signaali on lähtiessään ollut valtavan voimakas, mutta Maan kohdalla se on enää vain jotakuinkin noin tuhannesosa Kuun etäisyydellä olevan matkapuhelimen lähettämän signaalin voimakkuudesta. Signaali on heikko, mutta radioteleskoopeilla hyvin havaittavissa – etenkin nyt, kun tiedetään mitä etsiä.

Parkesin radioteleskooppi Australiassa.
Parkesin radioteleskooppi Australiassa. Tämä radiotähtitieteen legenda oli tärkeässä osassa myös Apollo-kuulennoissa, sillä Apollo 11:n kuukävelyn alun TV-lähetys otettiin vastaan tällä antennille. Tästä on tehty myös elokuva: The Dish. Parkesin radioteleskooppi Australiassa. Kuva: Jari Mäkinen Parkes Radio Telescope

Näin ei ollut 24. kesäkuuta 2001, kun Parkesin radioteleskooppi Australiassa teki ensimmäisen havainnon nopeasta radiopurskeesta. Kukaan ei huomannut tuolloin mitään erikoista, vaan havainto ymmärrettiin kiinnostavaksi vasta vuonna 2007. Tähtitieteilijä Duncan Lorimer kahlasi opiskelijansa David Narkevicin kanssa läpi vanhoja havaintoja, joita teleskoopilla oli tehty pulsareista, eli majakan tapaan radioaaltojen alueella sykkivistä tähdistä.

He huomasivat kohinan keskeltä omituisen signaalin, joka oli voimakas, laajalla aallonpituusalueella ja kestoltaan vain sekunnin tuhanneosan luokkaa. Silmänräpäys oli sen kestoon verrattuna pitkä aika. Ei ihme, ettei siihen osattu kiinnittää huomiota. Signaali näytti tulevan joka puolelta taivasta, poikkesi kaikesta aiemmin havaitusta.

Ensimmäinen radiopurskehavainto
Ensimmäinen radiopurskehavainto. Ensimmäinen radiopurskehavainto Kuva: Lorimer et al. Nopea radiopurske,Parkes Radio Telescope

Näitä alettiin nyt varta vasten etsiä, ja vuonna 2010 onnesti: silloin Parkesissa havaittiin peräti 16 uutta radiopursketta. Tosin myöhemmin kävi ilmi, että nämä havainnot olivat peräisin Maan pinnalta ja ihan lähistöltä: kun mikroaaltouunin luukku avattiin sopivaan aikaan, sammui uunissa mikroaaltoja tuottava magnetroniputki välittömästi luukun avaamisen jälkeen, mutta sen sammuminen näkyi radioalueella hyvin samanlaisena sykäyksenä kuin kauempaa avaruudesta tullut purske.

Se, miten signaalien alkuperä saatiin paikannettua mikroaaltouuneihin olisi oma tarinansa, mutta jos käyt radioteleskoopilla (vaikka Metsähovissa sijaitsevalla Aalto-yliopiston teleskoopilla) ja sinua pyydetään sammuttamaan kännykät ja muut radioaaltoja käyttävät laitteet, kannattaa tehdä niin. Herkät havaintolaitteet menevät sekaisin jopa polttomoottoriautojen sytytysjärjestelmästä, joka synnyttää sylintereihin kipinöitä. Teleskoopeilla suositaankin dieselautoja, joissa tällaista systeemiä ei ole – mutta sekin on ihan toinen asia, eikä siitä tässä enempää.

Vuonna 2014 ensimmäinen purske havaittiin saman tien sen tultua ja huhtikuussa 2015 pystyttiin signaalin havaitsemisen jälkeen hälyttämään jopa useampia muita radioteleskooppeja havaitsemaan sitä lähes saman tien. Vaikka itse voimakas sykäys kesti vain sekunnin murto-osia, meni signaalin hiipumiseen täysin kuulumattomiin kuusi vuorokautta.

Tästä tapauksesta saatiin siis paljon uutta tietoa. Kun suorana havaittujen muiden purskeiden lisäksi arkistoista onnistuttiin löytämään aikanaan huomaamatta jääneitä tapauksia, pystyttiin radiopurskeita nyt havaitsemaan jo hieman enemmän. Ne olivat muuttuneet vähemmän salaperäisiksi.

FRB190523 ja sen sijaintipaikka kuvattuna
Kaliforniassa sijaitseva Deep Synoptic Array-10 (DSA-10) kuvaa näkyvän valon alueella radiopurskeiden synnyttäjiä. 2. heinäkuuta 2019 havaittu FRB190523 paikannettiin kahdeksan miljardin valovuoden päässä olevaan galaksiin. FRB190523 ja sen sijaintipaikka kuvattuna Kuva: Caltech / Owens Valley Radio Observatory / V. Ravi Nopea radiopurske

Tuskin viestejä alieneilta, mutta varmaa vastausta ei ole

Erilasia lyhyitä radiopurskeita mahdollisesti synnyttäviä tapahtumia on muutaman sekunnin välein, koska galakseja on maailmankaikkeudessa niin paljon, mutta purskeita on pystytty tähän mennessä havaitsemaan vain 155. Monet näistä purskeista ovat paljastuneet periodisiksi, eli ne toistuivat tietyn ajan jälkeen käytännössä samanlaisina. Tämä on saanut mielikuvituksen laukkaamaan, ja jotkut ovat jo pohdiskelleet niiden olevan viestejä vierailta sivilisaatioilta. Säännöllisesti toistuvat radiosignaalit voisivat hyvin olla ainakin tapa herättää huomiota ja sanoa, että "täällä ollaan".

Joidenkin kohteiden radiosäteily on myös hyvin polarisoitunutta, eli säteilyn aallot ovat samansuuntaisia. Tätäkin voisi pitää merkkinä siitä, että signaalit olisivat hyvin hallitusti ja tietoisesti tehty.

Ne tuskin ovat viestejä alieneilta, mutta varmaa vastausta ei toistaiseksi ole. Erilaisia selityksiä riittää, mutta tässä niistä todennäköisesti todennäköisimmät:

1. Tanssii mustien aukkojen kanssa

Toisiaan kiertävät mustat aukot, joiden ympärillä on paljon kuumaa plasmaa, jossa on voimakas magneettikenttä, voisivat tuottaa polarisoituneita säännöllisesti toistuvia purskeita. Myös massiiviset yksittäiset mustat aukot voivat saada aikaan voimakkaita purkauksia, kun suuri klöntti sitä kiertävää kaasua syöksyy aukkoon.

Piirros kahdesta mustasta aukkosta, jotka kiertävät toisiaan.
Piirros kahdesta mustasta aukkosta, jotka kiertävät toisiaan. Ympärillä on kuumaa kaasua, joka syöksyy vinhasti kieppuen aukkoihin. Piirros kahdesta mustasta aukkosta, jotka kiertävät toisiaan. Kuva: NAOJ Musta aukko (elokuva)

2. Vähää vaille mustat aukot

Neutronitähdet ovat syntyneet mustien aukkojen tapaan suurten tähtien romahtaessa elämänsä lopuksi kasaan erittäin tiiviiksi kappaleeksi, mutta ne eivät ole yhtä äärimmäisiä kuin mustat aukot. Siinä missä musta aukko on niin tiivis, ettei valokaan pääse pakenemaan sen läheltä, neutronitähden tapauksessa valo pystyy juuri ja juuri nousemaan ylös sen vetovoimakentästä.

Neutronitähti yksistään, kaksi sellaista tai neutronitähden sekä mustan aukon parivaljakko voisivat olla myös radiopurskeiden synnyttäjiä. Kaikissa tapauksissa voi olla tuloksena säännöllisen epäsäännöllisesti toistuvia purkauksia, mutta myös kellontarkasti toistuvia sellaisia tai yksittäisiä tapauksia.

3. Mustien aukkojen tai neutronitähtien törmäykset

Kun kaksi toisiaan kiertänyttä raskasta kappaletta (musta aukko on nimestään huolimatta kappale) luisuvat törmäyskurssille ja lopulta mäsähtävät toisiaan vasten, on tuloksena jysäys, joka tärisyttää painovoimamittareita täällä Maan pinnallakin. Tuloksena on varmasti myös radiosäteilyä siinä määrin, että tuloksena on varsin massiivinen radiopurske.

4. Hypersupernova

Yksittäisten radiopurskeiden alkuperä voi olla myös supernova, eli juuri tuollainen tähden loppurysähdys, jonka tuloksena on joko neutronitähti tai musta-aukko. Ihan tavallinen supernova ei varmaankaan riitä tuottamaan näin voimakasta radiopulssia, joten todennäköisesti vain superjättiläisten järeän luokan romahdukset tulevat kyseeseen.

5. Magnetar-tähden tärinöitä

Yksi mahdollisuus radiopurskeen lähteeksi on niin sanottu magnetar, eli neutronitähti, jolla erittäin voimakas magneettikenttä. Niiden pinnalla on todennäköisesti rautaa, joka tärisee joskus voimakkaasti magneettikentän ja tähden nopean pyörimisliikkeen johdosta. Kun tällainen järistys tapahtuu, vapautuu paljon hyvin suurienergistä säteilyä, siis röntgen- ja gammasäteitä, mutta kenties myös terävä radiopulssi.

Voi olla, että monet erilaiset ilmiöt synnyttävät radiopurskeita, mutta ainakin magnetarit ovat erittäin todennäköisiä lähdekandidaatteja.

Tämä huhtikuun 28. päivänä havaittu tapaus puhuu myös magnetarin puolesta, sillä se onnistuttiin paikantamaan samaan suuntaan, missä on magnetar nimeltä SGR 1935+2154. Jännäksi tämän havainnon tekee myös se, että sen etäisyys meistä on vain 30 000 valovuotta – se on siis omassa galaksissamme, kosmisesti ihan tässä pihapiirissä, ei kaukana avaruuden syvyyksissä.

Kyseessä on ensimmäinen Linnunradasta havaittu lyhyt radiopurske, ja myös ensimmäinen, jonka alkuperästä ollaan varsin varmoja. Nämä liittyvät toisiinsa siten, että lähellä oleva kohde on ollut helpompi paikantaa.

Tätä edeltävät purskeet puolestaan olivat kiinnostavia siksi, että ne olivat todella voimakkaita ja/tai kovin säännöllisesti toistuvia.

Taiteilijan näkemys magnetarista
Taiteilijan näkemys magnetarista. Taiteilijan näkemys magnetarista Kuva: ESO/L. Calçada Magnetar,Neutronitähti

6. Blitzar, pimeän aineen pamahdus tai kosmisia jänteitä

Kuten kummallisten kosmologisten asioiden ollessa kyseessä yleisesti, on radiopulsseillekin heitelty monia erilaisia varsin eksoottisia selitysehdotuksia.

Kyseessä voisivat olla niin sanotut blitzar- eli erikoiset tähdet, jotka yllättäen romahtavat mustiksi aukoiksi. Näistä ei ole havaintoja, mutta teoreettisesti sellaiset ovat mahdollisia.

Pimeä aine voisi olla myös mukana tässäkin monin eri tavoin, jotka kaikki tuottavat suuria räjähdyksiä. Jännin näihin liittyvä selitys on pimeän aineen ehdotetun hiukkasen, axionin muodostamien ryppäiden räjähdysmäinen hajoaminen.

Kosmiset jänteet ovat puolestaan toistaiseksi täysin teoreettisia, useiden valovuosien mittaisia energiasäikeitä. Puolivakavasti ajatellen nämä superohuet, käytännössä näkymättömät säikeet voisivat reagoida kuuman plasman kanssa ja saada aikaan radioaalloilla kuuluvan napsahduksen.

Signaaleiden avulla voidaan arvioida maailmankaikkeuden kokoa ja etäisyyksiä

Nopeissa radiopurskeissa on yleensä yksi, varsin terävä signaali, joka on havaittavissa laajalla aallonpituusalueella. Koska galaksienvälisessä avaruudessa oleva erittäin harva kaasu hidastaa eri aallonpituuksia eri tavalla, voidaan radiopulsseja käyttää kätevästi etäisyysmittana. Lyhyemmät aallonpituudet saapuvat hieman ennen pitempiä.

Matka säteilyn lähteestä meihin voidaan laskea eri aallonpituuksien saapumisajan perusteella. Nopeuserot ovat hyvin pieniä, mutta kauimpaa havaitut pulssit ovat kulkeneet viitisen miljardia vuotta avaruudessa, ja tässä ajassa eroa on tullut sen verran, että se on mahdollista havaita.

Kun purskehavainnot yhdistetään muihin menetelmiin, voidaan maailmankaikkeuden kokoa ja etäisyyksiä täällä sen sisällä arvioida paremmin.

Purskesignaalia tarkasti analysoimalla voidaan myös saada vinkkiä siitä, millaisen aineen läpi se on kulkenut.

Havainnollistava kuva siitä, miten radiopurske voi kertoa välissä olevan galaksin koostumuksesta.
FRB 181112 oli vuonna 2019 havaittu radiopurske, jonka avulla onnistuttiin analysoimaan sen lähteen ja meidän välissä olleen galaksin koostumusta. Mittakaava tässä piirroksessa ei ole oikea – galaksit ovat valtavan paljon kauempana toisistaan. Havainnollistava kuva siitä, miten radiopurske voi kertoa välissä olevan galaksin koostumuksesta. Kuva: ESO/M. Kornmesser Nopea radiopurske

Taivas sykkii myös gammasäteitä!

Erilaisia pulsseja avaruudesta havaitaan useita joka päivä, joten sinänsä kyse ei ole mistään harvinaisesta ilmiöstä.

Niiden lisäksi erittäin jänniä tapauksia ovat gammapulssit, eli tapaukset, joissa yhtäkkiä koko taivas näyttää täyttyvän gammaäsäteistä.

Maanpäälisissä sovelluksissa gammasäteet ovat kaikkein vaarallisimpia sähkömagneettisia säteitä meille, röntgensäteitäkin paljon pahempia, mutta avaruudessa olevista gammapurkauksista ei kannata olla huolissaan: pulssit ovat hyvin heikkoja, ja lisäksi ilmakehä suojaa meitä niiltä. Astronauteillekaan näistä ei ole haittaa.

Silti ne ovat hämmentäviä, ja olivat etenkin aikanaan. Itse asiassa aivan aluksi ne olivat pelottavia, koska ensimmäisen gammapulssin havaitsi avaruudessa ollut satelliitti, jonka tehtävänä oli ydinräjäytysten havaitseminen. Vuonna 1967 tehty havainto julkistettiin vasta vuonna 1973, kun oltiin varmoja siitä, että pulssi oli tullut avaruudesta. Silloin vastaavia oli havaittu jo useita muitakin.

Myöhemmin ymmärrettiin, että gammapulssit ovat peräisin Linnunradan ulkopuolelta ja liittyvät siten tähtitieteeseen maanpäällisten ydinkokeiden sijaan.

Gammapulssit (eli GRB, gamma-ray burst) voivat kestää sadasosasekunneista useisiin tunteihin, ja niiden synnyttäjien pitää olla erittäin väkivaltaisia tapahtumia. Näitä ovat suuret supernovat ja esimerkiksi mustien aukkojen törmäykset. Tällaisissa tapauksissa vapautuu parissa sekunnissa saman verran energiaa kuin oma Aurinkomme käyttää koko kymmenisen miljardia vuotta kestävän elämänsä aikana.

Monissa tapauksissa gammasäteiden lisäksi kohteesta tulee röntgensäteitä ja muita sähkömagneettisia säteitä valon kautta radioaaltoihin. Usein gammapulssin havaitsemisen ja paikantamisen jälkeen teleskooppeja ympäri maailman pyydetään tekemään pulssin synnyttäjästä saman tien havaintoja, jotta tapahtuman hiipuminen saadaan havaittua.

Toistaiseksi gammapulsseja ei ole havaittu tulleen omasta galaksistamme, mutta jos joku haluaa murehtia maailmanloppua, niin lähistöllä tapahtuva voisi olla sopiva huolenaihe.

Arvioiden mukaan nimittäin Linnunradassa voisi räjähtää noin kerran miljoonassa vuodessa megasupernova sen verran lähellä, että siitä kohdistuisi Maahan todella voimakas gammapulssi. Se saattaisi olla kohtalokas isku maapallolle ja meille kaikille sen asukkaille. Äärimmillään se kärventäisi ilmakehän ja elämän täältä, lievempänä saisi aikaan jättimäisen otsonikadon.

Vaikka kyse on hyvin harvinaisesta ilmiöstä, on maapallolla merkkejä siitä, että sellaista on tapahtunut: todennäköisesti noin 450 miljoonaa vuotta sitten Ordoviki-Siluuri -kaudella tapahtuneen joukkotuhon syy oli gammapurkaus avaruudessa. Noin 75 % elämästä kuoli tuolloin.

Radiopulsseista ei kuitenkaan ole tätä vaaraa, vaan ne ovat vain mielenkiintoisia viestejä avaruuden syvyyksistä sellaisista ilmiöistä, jotka ovat varsin kaukana tästä nykyisestä koronakurjuudesta.

Jos haluat kuunnella miltä nopea radiopurske kuulostaa todella paljon hidastettuna ja korvillemme sopivaksi muunnettuna, niin tämä kooste on kerrassaan erinomainen – lähes taiteellinen – näyte yhdeksästä erilaisesta tapauksesta.

Lue lisää:

Ääniraita purkauksesta

Kuuntele itse!

Jos haluat kuunnella miltä nopea radiopurske kuulostaa todella paljon hidastettuna ja korvillemme sopivaksi muunnettuna, niin tämä kooste on kerrassaan erinomainen – lähes taiteellinen – näyte yhdeksästä erilaisesta tapauksesta.

  • Kaasupallo herää unestaan – luvassa roihuja ja ryöpsähdyksiä taivaalla

    Auringossa alkaa taas tapahtua

    Parin vuoden ajan kestänyt rauhallisuus on nyt päättymässä: Auringon pinnalta on havaittu ensimmäiset merkit uuden aktiivisuusjakson alkamisesta. Pian Aurinko on todennäköisesti taas innokkaimmillaan, röyhäyttelee ulos avaruuteen suuria protuberansseja ja sen pintaa koristavat suuret pilkkuryhmät. Tuloksena saattaa olla sähköverkkoja sammuttavia avaruusmyrskyjä ja satelliitteja jumittavia hiukkashyökkäyksiä.

  • Pidä varasi, Elon – kiinalaiset lähettävät sähköauton Marsin pinnalle nyt kesällä

    Kuusipyöräinen kiinalaisrooveri suuntaa Marsiin heinäkuussa

    Avaruusyhtiö SpaceX sinkosi näyttävästi kaksi vuotta sitten punaisen urheiluauton avaruuteen radalle, jolla se käy kääntymässä Marsin radan tienoilla. Temppu oli upea suoritus, ja niin ovat Elon Muskin avaruusyhtiön muutkin avaruustoimet, mutta niiden varjoon on kuitenkin jäänyt se, mitä Kiinassa tapahtuu parhaillaan.

  • Avaruudesta tulee toistuvasti omituisia radiopulsseja – viimeisimmän niistä havaittiin tulevan lähes naapurista

    Avaruudessa pamahtelee koko ajan, mutta emme vain näe sitä

    Tähtitieteilijät ovat havainneet jo yli 150 voimakasta, yllättävää radiopulssia, joiden alkuperästä voi esittää vain arvauksia. Monet pulssit ovat olleet toistuvia, mikä on saanut mielikuvituksen laukkaamaan ja pohtimaan, olisivatko ne viestejä vierailta sivilisaatioilta. Niin sanotut nopeat radiopurskeet ovat tulleet tähän mennessä kaukaa Linnunradan ulkopuolelta, mutta tuorein huhtikuun lopussa havaittu pystyttiin paikantamaan tulevan omasta galaksistamme. Siis muihin verrattuna ihan naapurista. Mistä oikein on kyse?