Lehdistötiedote

Selitys kosmisille sprinklereille

Ikääntyvien tähtien outo pari muovaa planetaariseen sumuun vaikuttavia muotoja

8. marraskuuta 2012

ESO:n VLT-teleskooppia käyttävät tähtitieteilijät ovat havainneet toisiaan kiertävän tähtiparin yhden erikoisimmista planetaarisista sumuista keskustassa. Uusi tutkimustulos vahvistaa kauan kiistellyn teorian siitä, mikä ohjaa avaruuteen sinkoavan materian näyttävää ja symmetristä ulkonäköä. Tulokset julkaistaan tiedejulkaisu Sciencessa 9. marraskuuta 2012.

Planetaariset sumut [1] ovat valkoisia kääpiöitä ympäröiviä hohtavia kaasukuoria. Valkoiset kääpiöt ovat elämänsä loppuvaiheissa olevia Auringon kaltaisia tähtiä. Fleming 1 on kaunis esimerkki planetaarisista sumuista. Siinä on hätkähdyttävän symmetriset suihkut [2], jotka kutoutuvat möykkyisiksi ja kiertyneiksi rakenteiksi. Se sijaitsee eteläisen taivaan Kentauruksen tähdistössä (Centaurus) ja sen löysi vähän yli sata vuotta sitten Williamina Fleming [3]; palvelijatar, joka värvättiin Harvard Collegen observatorioon osoitettuaan kiinostusta tähtitiedettä kohtaan.

Tähtitieteilijät ovat pitkään kiistelleet siitä kuinka nämä symmetriset suihkut muodostuvat, mutta konsensusta ei ole saavutettu. Nyt Henri Boffinin (ESO, Chile) johtama tutkimusryhmä on yhdistänyt Flemin 1:stä VLT-teleskoopilla otettuja kuvia aiempiin tietokonesimulaatioihin selittääkseen ensimmäistä kertaa yksityiskohtaisesti kuinka nämä oudot muodot muodostuvat.

Tutkimusryhmä käytti ESO:n VLT-teleskooppia tutkiakseen keskustähdestä tulevaa valoa. He huomasivat, että Fleming 1:ssä ei ole mitä ilmeisimmin keskustassaan vain yhtä vaan kaksi valkoista kääpiötä, jotka kiertävät toisiaan kerran 1.2 päivässä. Vaikka kaksoistähtiä on löydetty planetaaristen sumujen ytimistä ennenkin, kahden toisiaan kiertävän valkoisen kääpiön järjestelmät ovat erittäin harvinaisia [4].

"Fleming 1:n ja vastaavien kohteiden kauniiden ja monipuolisten muotojen alkuperä on ollut kiistanalainen useita vuosikymmeniä," sanoo Henri Boffin. "Tähtitieteilijät ovat ehdottaneet kaksoistähtiä ennenkin, mutta aina uskottiin, että tässä tapauksessa pari olisi kaukana toisistaan kymmenien vuosien kiertoajoilla tai pidemmilläkin. Kiitos tietokonemalliemme ja havaintojen, jotka mahdollistavat meidän tutkia tätä epätavallista järjestelmää suurella tarkkuudella ja kurkistaa suoraan sumun sydämeen, huomasimme parin olevan useita tuhansia kertoja lähempänä."

Kun korkeintaan kahdeksan Auringon massainen tähti lähestyy elämänsä loppua, se puhaltaa uloimmat kaasukerroksensa ulos ja alkaa menettää massaa. Tämä mahdollistaa tähden kuuman, sisemmän ytimen säteillä voimakkaasti, mikä saa tämän ulospäin liikkuvan kaasukotelon hohtamaan kirkkaasti planetaarisena sumuna.

Siinä missä tähdet ovat pallomaisia, monet näistä planetaarisista sumuista ovat hätkähdyttävän monimutkaisia hienorakenteisia muotoja muodostavine solmuineen, rihmoineen ja rajuine suihkuineen. Jotkin kaikkein näyttävimmistä planetaarisista sumuista, mukaanlukien Fleming 1, esittävät keskustan suhteen symmetrisiä rakenteita [5]. Tämän sumun tapauksessa se tarkoittaa sitä, että materia näyttää sinkoavan keskusta-alueelta molempien napojen suuntaan S:n muotoisina virtauksina. Tämä uusi tutkimus osoittaa, että nämä Fleming 1:n muodot ovat seurausta kaksoistähden läheisestä vuorovaikutuksesta - tähtiparin yllättävä joutsenlaulu.

"Tämä on tähän mennessä kaikkein kattavin tapaus keskustan kaksoistähdestä, jolle simulaatiot ovat oikein ennustaneet kuinka se muokkaa ympäröivää sumua — ja vieläpä todella näyttävällä tavalla," selittää tutkimuksen kanssakirjoittaja Brent Miszalski (SAAO ja SALT, Etelä-Afrikka).

Tämän sumun keskellä oleva tähtipari on välttämätön selittämään siinä havaitut rakenteet. Tähtien ikääntyessä ne laajenivat ja osan aikaa yksi toimi tähtivampyyrina, imien materiaa kumppanistaan. Tämä materia virtasi sitten kohti vampyyria kiertyen sen ympärille kertymäkiekkona tunnetuksi levyksi [6]. Kahden tähden kiertäessä toisiaan ne molemmat vuorovaikuttivat tämän kiekon kanssa ja saivat sen käyttäytymään vaappuvan hyrrän tavoin. Tätä liikettä kutsutaan prekessioksi. Liike vaikuttaa kaikkeen järjestelmästä napojen kautta ulos virtaavaan materiaan, kuten suihkuihin. Tämä tutkimus vahvisti nyt, että kaksoistähtijärjestelmien prekessoivat kertymäkiekot saavat aikaan hämmästyttävän symmetrisiä kuvioita Fleming 1:n kaltaisissa planetaarisissa sumuissa.

VLT:n pitkän valotuksen kuvat ovat myös johtaneet möykkyisen materiaalirenkaan löytymiseen sumun sisäosista. Tällainen materiaalirengas tunnetaan myös muista kaksoisjärjestelmistä ja vaikuttaisi olevan kaksoistäden paljastava ominaisuus.

"Tuloksemme antavat lisävarmistuksen planetaaristen sumujen muotoa muokkaavien kaksoistähtien vuorovaikutusten merkityksestä," päättää Boffin.

Lisähuomiot

[1] Planetaarisilla sumuilla ei ole mitään tekemistä planeettojen kanssa. Nimi muodostui 1700-luvulla, kun jotkin näistä kohteista muistuttivat etäisten planeettojen kiekkoja pienellä kaukoputkella katsottuna.

[2] Suihkut ovat hyvin nopeasti liikkuvan kaasun virtauksia, jotka syöksyvät ulos planetaarisen sumun ydinalueelta. Ne ovat usein kollimoituja eli materia tulee ulos rinnakkaisina virtauksina, mikä tarkoittaa sitä, että ne hajaantuvat vain hyvin vähän kulkiessaan avaruuden halki.

[3] Fleming 1 nimettiin skotlantilaisen tähtitieteilijän, Williamina Flemingin mukaan, joka löysi sen vuonna 1910. Alunperin hän työskenteli Harvard Collegen observatorion johtajan palvelijattarena 1880-luvulla. Myöhemmin hänet värvättiin käsittelemään tähtitieteellistä havaintoaineistoa yhtenä Harvardin "laskimena", jotka olivat ryhmä taitavia työntekijättäriä, jotka tekivät matemaattisia laskelmia ja toimistotöitä. Elämänsä aikana hän löysi lukuisia tähtitieteellisiä kohteita, jotka nimettiin hänen mukaansa. Joukkoon mahtui 59 kaasusumua, yli 310 muuttuvaa tähteä ja 10 novaa. Tällä kohteella on myös muita nimiä, mukaanlukien PN G290.5+07.9, ESO 170-6 ja Hen 2-66.

[4] Tutkimusryhmä tutki tähtiä käyttäen ESO:n Chilen sijaitsevan Paranalin observatorion VLT-teleskoopin FORS-havaintolaitetta. Sen lisäksi, että he ottivat kuvia he myös jakoivat valon komponenttiväreihinsä saadakseen tietoa myös keskuskohteiden liikkeistä, lämpötilasta ja kemiallisesta koostumuksesta.

Pää- ja sekundaaritähtien havaittiin olevan noin 0.5-0.86 ja 0.7-1.0 kertaa Auringon massaisia. Ryhmä pystyi sulkemaan pois mahdollisuuden, että parissa olisi ollut "normaalia" Auringon kaltaista tähteä analysoimalla kahdesta tähdestä tulevaa valoa ja tutkimalla järjestelmän kirkkautta. Tähtien kiertäessä toisiaan järjestelmän kirkkaus muuttuu vain hyvin vähän. Valkoinen kääpiö kuumentaisi normaalia tähteä ja koska se aina näyttäisi saman puolen kohti kumppaniaan (kuten Kuu kohti Maata), siinä olisi "kuuma ja kirkas" sekä "kylmä ja pimeä" puoli, jotka nähtäisiin helposti sen kirkkausvaihteluina. Keskustan kohde on siis erittäin todennäköisesti valkoisten tähtien pari — harvinainen ja eksoottinen löytö.

[5] Tässä tapauksessa sumun jokaisella osalla on täsmälleen samanlainen vastine samalla etäisyydellä tähdestä, mutta vastakkaisessa suunnassa — samankaltainen symmetria kuin tavanomaisten pelikorttien kuvakorteissa.

[6] Tällainen kiekko muodostuu, kun tähdestä karkaavan materian virtaus tulvii yli tiettyjen rajojen, jotka tunnetaan Rochen rajana. Tämän rajan sisällä kaikki materia on isäntätähtensä gravitaation hallitsemaa eikä voi karata. Kun rajan sisäpuolinen alue täyttyy ja materia virtaa yli, se tulvii pois tähdestä ja siirtyy läheisen kappaleen luo, esimerkiksi kaksoistähden toisen tähden luo, ja muodostaa sen ympärille kertymäkiekon.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin julkaisussa “An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star”, kirjoittajinaan H. M. J. Boffin et al. Se ilmestyy tiedejulkaisu Sciencessa 9. marraskuuta 2012.

Tutkimusryhmään kuuluvat H. M. J. Boffin (Euroopan eteläinen observatorio, Chile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation, Etelä-Afrikka), T. Rauch (Tähtitieteen ja astrofysiikan laitos, Tübingenin yliopisto, Saksa), D. Jones (Euroopan eteläinen observatorio, Chile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Espanja), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire, Iso-Britannia), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile, Chile), ja J. Köppen (Observatoire de Strasbourg, Ranska).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) viettää vuonna 2012 perustamisensa 50-vuotisjuhlaa. ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Henri Boffin
ESO
Santiago, Chile
Puh.: +56 2 463 3126
Sähköposti: hboffin@eso.org

David Jones
ESO
Santiago, Chile
Puh.: +56 2 463 3086
Sähköposti: djones@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media