Hyppää sisältöön

Kotigalaksimme Linnunradan keskustan mustasta aukosta saatiin kauan kaivattu ensimmäinen kuva

Satojen tutkijoiden yhteistyöhön osallistui myös Aalto-yliopiston ja Turun yliopiston tutkijoita. Ensi vuosikymmenellä Sagittarius A*:sta saadaan ehkä elokuva, sanoo tähtitieteen dosentti Tuomas Savolainen.

Näin kaikki, myös valo, katoaa Linnunradan keskustan pohjattomaan painovoimakaivoon, mustaan aukkoon. Kuva: EHT-yhteistyöhanke

Linnunradan keskustassa on supermassiivinen musta aukko, massaltaan neljän miljoonan Auringon kokoinen Sagittarius A*. Sen olemassaolo pääteltiin miltei puoli vuosisataa sitten, ja laskennallisesti se varmistui tähtien liikkeistä 1990-luvun lopulla. Nyt Sgr A*:sta on saatu ensi kertaa myös kuva.

Se on jatkoa työlle, joka tuotti kolme vuotta sitten kaikkien aikojen ensimmäisen kuvan mustasta aukosta, Messier 87 -galaksin keskellä sijaitsevasta M87*:stä.

Yli 300 tutkijan kansainvälinen kollaboraatio sai myös Sgr A*:sta kuvan virtuaalisella Event Horizon -teleskoopilla. Siihen antoivat panoksensa kahdeksan maailman tehokkainta radioteleskooppia, Etelä- ja Pohjois-Amerikassa, Euroopassa ja Etelämantereella.

Samaan tehtävään pystyvä yksittäinen fyysinen radioteleskooppi olisi maapallon kokoinen.

Kollaboraatiossa – analysoimassa ja varmistamassa tietoja – oli tutkijoita myös Aalto-yliopistosta ja Turun yliopistosta.

Hankkeeseen liittyvät tutkimusartikkelit on julkaistu The Astrophysical Journal Letters (siirryt toiseen palveluun) -lehdessä.

Radioteleskoopit toimivat synkronoidusti
Teleskooppien synkronointi

Einsteinin teoria pätee

Valtavan painovoiman vuoksi mustasta aukosta ei pääse karkuun mikään, ei edes valo. Mustien aukkojen kuvat ovat hetkestä, jolloin valo on sukeltamassa aukkoon.

Kirkas ympyrä on kieppuvaa, kuumaa, säteilevää plasmaa. Keskelle syntyy varjo, koska mustan aukon painovoimakenttä taivuttaa valon kulkua aukon ympärillä.

M87* ja Sgr A* poikkeavat toisistaan suuresti sekä kooltaan että kotiseudultaan, mutta kuvissa ei ole suurta eroa. Samankaltaisuus on todiste Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian pätemisestä kaikkien mustien aukkojen lähietäisyydellä.

Erojen, joita esiintyy loitommalla, täytyy johtua aukkoja ympäröivän aineen erilaisuudesta, tutkijat päättelivät.

Tulosta osattiin odottaa yleisen suhteellisuusteorian ennusteen perusteella, mutta se oli silti hienoa nähdä itse, sanoo Aalto-yliopiston vanhempi tutkija, dosentti Tuomas Savolainen. Hän on ollut mukana sekä M87*:n että Sgr A*:n kuvaamisessa.

– Kokoeron lisäksi ympäristötkin ovat täysin erilaiset. M87* on aktiivinen. Sinne kertyy paljon materiaa ja sieltä tulee valtavia plasmasuihkuja. Sgr A* taas on hyvin rauhaisa M87*:ään verrattuna. Silti ne näyttävät tapahtumahorisontin lähellä hyvin hyvin samanlaisilta, Savolainen sanoo.

Kolme vuotta sitten julkaistu kuva M87*:stä ja uunituore kuva Sagittarius A*:sta. Se on Maasta katsottuna saman kokoinen kuin munkkirinkilä Kuun pinnalla, tutkijat vertaavat. Kuva: EHT-yhteishanke

M87* pääsi ensimmäiseen potrettiin siitä huolimatta, että se sijaitsee kaukana toisessa galaksissa, 55 miljoonan valovuoden päässä. Sgr A*:han on matkaa "vain" 26 000 valovuotta, mutta se oli paljon vaikeampi kuvattava kuin M87*.

Arizonan yliopiston tutkija Chi-kwan Cha vertaa Sgr A*:n kuvaamisen työläyttä siihen, että yrittäisi ottaa tarkan valokuvan häntäänsä jahtaavasta koiranpennusta. Tuomas Savolainen pitää vertausta osuvana.

– Meidän näkösäteellämme galaksin keskustaan on aika paljon tähtien välistä ainetta ja myös plasmaa, vapaita elektroneja, jotka sirottavat radioaaltoja. Se levittää kuvaa. Se ei kuitenkaan lopulta osoittautunut kovinkaan suureksi ongelmaksi.

Toista oli vilkkaus, jolla plasma kiertää Sgr A*:ta. Se teki kuvaamisesta melkoisen päänsäryn, Savolainen sanoo.

– Sgr A* on tuhat kertaa vähemmän massiivinen kuin M87* eli myös koko on yli tuhat kertaa pienempi. Plasma liikkuu molempien aukkojen ympäri lähes valon nopeudella. Sgr A*:n se kiertää minuuteissa tai kymmenissä minuuteissa, mutta M87*:n tapauksessa siihen menee päiviä tai viikkoja.

Kun kuvan valotus kesti 8–12 tuntia, Sgr A*:ssa ehti tapahtua hyvin paljon. Saadakseen staattisen kuvan yhdeltä yöltä tutkijoiden täytyi turvautua havaintojen keskiarvoistamiseen. Siinä stabiilit piirteet korostuivat ja muuttuvat heikkenivät.

– Periaatteessa havainto voitaisiin pilkkoa lyhyempiin ajanjaksoihin, tehdä jokaisesta kuva ja niistä elokuva. Senkin tyyppistä me kokeilimme, mutta kahdeksan teleskooppia ei riittänyt tarpeeksi hyvään kuvaan, Savolainen kertoo.

Sagittarius A*:n kuva julkaistiin samaan aikaan kuudessa tiedotustilaisuudessa eri puolilla maailmaa. Lehtikuvaajat kiirehtivät Tokiossa ottamaan kuvia kuvasta. Kuva: Franck Robichon / EPA

Tutkijoiden kollaboraatio ei ole päättymässä tähän. Yksi lähiajan tavoite on havaintojen varmentaminen – sen katsominen, muuttuuko kuvatuissa mustissa aukoissa mikään vuodesta toiseen.

Havaintoja on vuosilta 2018, 2021 ja 2022, ja ensi vuonna niitä tulee toivon mukaan lisää, Tuomas Savolainen sanoo.

Toisena lähiaikojen analyysina halutaan mitata Sgr A*:n polarisaatio samalla tavoin kuin M87*:n aiemmin. Yle uutisoi vuosi sitten tuloksista, jotka valaisivat sitä, miten plasman mukanaan kantama magneettikenttä pystyy vastustamaan mustan aukon painovoimaa ja estämään osaa kaasusta putoamasta aukkoon.

Tutkijoiden katse on myös jo kauempana tulevaisuudessa. Yhdysvaltain tiedesäätiön rahoittamassa tutkimuksessa tarkastellaan, millainen Event Horizon -teleskoopin seuraava sukupolvi voisi olla.

– Siinä olisi mukana vähän pienempiä antenneja mutta niitä olisi selvästi nykyistä enemmän. Sellaisella pystyttäisiin tekemään myös sitä elokuvaa tai videota. Jos sen rakentamiseen saadaan rahat, niin se on ehkä noin vuosikymmenen projekti, arvioi Savolainen.