Maailmankaikkeus raottaa salaisuuksiaan

OLI 4. heinäkuuta vuonna 1054, ja Jang Wei Te katseli aamuvarhaisella taivaalle. Hän oli Kiinan keisarinhovin virallisena tähtitietelijänä tekemässä huolellisesti havaintoja tähtien liikkeistä, kun hänen huomionsa kiintyi kirkkaaseen valoon, joka näkyi lähellä Orionin tähdistöä.

Tällaisia harvinaisia taivaanilmiöitä entisajan kiinalaiset nimittivät ”vierastähdiksi”. Sen jälkeen kun Jang oli tunnollisesti raportoinut havainnostaan keisarille, hän havaitsi ”vierastähden” muuttuneen niin kirkkaaksi, että se jätti varjoonsa jopa Venuksen ja näkyi hyvin keskellä kirkasta päivää useiden viikkojen ajan.

Kului 900 vuotta, ennen kuin tälle tapahtumalle saatiin tyydyttävä selitys. Nykyään uskotaan, että kyseinen kiinalainen tähtitieteilijä oli katsellut supernovaa, suurimassaisen tähden järisyttävän tuntuista kuolinkamppailua. Tällaisen epätavallisen ilmiön syyt ovat vain joitakin niistä salaisuuksista, joita tähtitieteilijät koettavat selittää. Seuraavassa eräs selitys, jonka he suurella vaivalla ovat koonneet tiedon palasista.

Vaikka Aurinkomme kaltaiset tähdet saattavat olla äärettömän pitkäikäisiä, niiden syntyminen ja kuolema saavat aikaan upeimmat näkymät, mitä tähtitaivailla on tarjottavana. Tiedemiehet uskovat tähtien elämänkulun alkavan kaasupilvestä.

Kaasupilvi sisältää tähtienvälistä kaasua ja pölyä. Kaasupilvet, joita sanotaan myös sumuiksi, ovat kauneimpia yötaivaan tarkastelukohteita. Tämän lehden kansikuvan pilvi on nimeltään Trifid-sumu (trifid = kolmirakoinen). Tämän kaasupilven sisälle on syntynyt uusia tähtiä, jotka saavat pilven loistamaan punahehkuisena.

Tähtien syntyminen alkaa kaasupilvessä ilmeisesti siitä, kun harva aine alkaa painovoiman vaikutuksesta tiivistyä kaasualueiksi ja alkuun päästyään kasaanpainuminen vain jatkuu. Kun näiden suunnattomien kaasupallojen lämpötila kohoaa niin suureksi, että pilven keskustassa syntyy ydinreaktioita, kaasupallojen kutistuminen lakkaa ja ne saavuttavat tasapainon. Samalla kertaa syntyy yleensä melkoinen määrä tähtiä, jotka yhdessä muodostavat tähtijoukon.

Tähtijoukot: Sivulla 8 olevassa valokuvassa näkyy pieni Jewel Box (korulipas) -niminen tähtijoukko, jonka arvellaan syntyneen vasta muutamia miljoonia vuosia sitten. Nimensä se on saanut 1800-luvulla eläneen tähtitieteilijän John Herschelin ansiosta, joka luonnehti sitä ”lippaaksi, jossa on erivärisiä jalokiviä”. Yksistään jo omasta Linnunradastamme tunnetaan toistatuhatta samantapaista tähtijoukkoa.

Tähtien energia: Syntyvä tähti saavuttaa tasapainotilan, kun sen sisässä oleva ydinreaktori syttyy. Se alkaa muuttaa vetyä heliumiksi fuusioreaktion avulla, jollainen tapahtuu myös vetypommin räjähtäessä. Tavallisten, Auringon kaltaisten tähtien massa on niin suuri, että siitä riittää ydinpolttoainetta miljardeiksi vuosiksi.

Mitä tapahtuu, kun ydinpolttoaine on vihdoin käytetty loppuun? Tähden sisus supistuu ja kuumenee. Samalla ulkokerrokset laajenevat suunnattomasti, niin että tähden halkaisija voi kasvaa 50-kertaiseksi tai vieläkin suuremmaksi, ja tähdestä tulee punainen jättiläinen.

Punaiset jättiläiset: Punainen jättiläinen on tähti, jonka pinta on jäähtynyt suhteellisen paljon. Tällöin se on väriltään punainen eikä valkoinen tai keltainen. Tämä tähden elämän vaihe jää suhteellisen lyhyeksi, ja se päättyy – kun suurin osa heliumvarastosta on käytetty loppuun – mahtavaan ilotulitukseen. Tähden polttaessa yhä heliumiaan se sinkoaa ulkokerroksensa avaruuteen. Niistä syntyy niin sanottu planetaarinen sumu, jonka kirkas loiste on lähtöisin siitä energiasta, jota se saa emotähdeltään. Lopulta tähti kutistuu valtavasti ja siitä tulee heikosti loistava valkoinen kääpiö.

Jos tähden massa on alun alkaen riittävän suuri, lopputulos on se, että koko tähti räjähtää hajalle. Ilmiötä sanotaan supernovaksi.

Supernovat: Supernova on räjähdys, johon päättyy sellaisen tähden elämä, jonka massa alun perin oli paljon Auringon massaa suurempi. Avaruuteen sinkoutuu suunnattomat määrät pölyä ja kaasua rajuina iskuaaltoina yli 10000 kilometrin sekuntinopeudella. Räjähdyksen leimahdus voi olla miljardi kertaa kirkkaampi kuin Aurinko, ja maasta katsottuna se näyttää säihkyvältä timantilta. Yhdessä supernovaräjähdyksessä vapautuva energia vastaa kokonaisenergiaa, jonka Aurinko säteilee yhdeksässä miljardissa vuodessa.

900 vuotta sen jälkeen kun Jang oli nähnyt supernovansa, voivat tähtitieteilijät yhä nähdä saman räjähdyksen hajalleen heittämät jäännökset Äyriäissumuna. Räjähdys jätti kuitenkin jälkeensä muutakin kuin vain sumua. Sen keskeltä on löytynyt jotakin erikoista: pieni, 33 kertaa sekunnissa pyörähtävä kohde, jota sanotaan pulsariksi.

Pulsarit ja neutronitähdet: Pulsarilla tarkoitetaan korkeintaan kolmen Auringon massaisen tähden ydintä, vinhasti pyörivää äärettömän tiivistä ainekasaumaa, joka on jäänyt tähdestä jäljelle sen räjähdettyä supernovana. Koska pulsarit ovat halkaisijaltaan alle 30 kilometrin kokoisia, vain harvat niistä on löydetty optisilla kaukoputkilla. Niitä voidaan kuitenkin löytää radioteleskoopeilla, jotka vastaanottavat niiden nopean pyörimisliikkeen synnyttämiä radiosignaaleja. Pulsari lähettää pyöriessään radioaaltoja ympärilleen majakan tavoin, ja radioaallot havaitaan maapallolla säännöllisin aikavälein toistuvina sykäyksinä, pulsseina. Tästä nimi pulsari. Pulsareita sanotaan myös neutronitähdiksi sen takia, että ne koostuvat lähinnä erittäin tiukkaan pakkautuneista neutroneista. Ne ovat siis uskomattoman tiheää ainetta, niin tiheää, että kuutiosenttimetri sitä voi painaa yli 100 miljoonaa tonnia.

Entä mitä tapahtuu silloin, jos erittäin suurimassainen tähti räjähtää supernovana? Tähtitieteilijöitten laskelmien mukaan tällaisen tähden ydin luhistuisi vielä neutronitähteäkin pienemmäksi. Teorian mukaan painovoima puristaisi ydintä kokoon niin suurella voimalla, että syntyy niin sanottu musta aukko.

Mustat aukot: Niiden sanotaan olevan kuin jättimäisiä kosmisia imureita, joilta mikään ei pääse pakoon. Mustalla aukolla on niin vahva vetovoima, että se säälittä ”imaisee” sisäänsä kaiken valon ja aineen, joka tulee liian lähelle.

Mustista aukoista ei ole suoria havaintoja, ja sen perusteella, mitä mustien aukkojen ominaisuuksista tällä hetkellä tiedetään, suorien havaintojen tekemisen katsotaan olevankin mahdotonta. Fyysikot kuitenkin toivovat voivansa todistaa niiden olemassaolon sen perusteella, miten ne vaikuttavat läheisyydessään oleviin kohteisiin. Niiden arvoitus saattaa ratketa vasta sen jälkeen, kun on käytettävissä uudenlaisia havaintomenetelmiä.

Galaksien salaisuuksia

Galaksit ovat avaruuden tähtijärjestelmiä, joissa on miljardeja tähtiä. Vuonna 1920 havaittiin, ettei Aurinko olekaan kotigalaksimme Linnunradan keskipiste, kuten siihen asti oli ajateltu. Pian sen jälkeen avaruudesta löydettiin valtavilla kaukoputkilla suuri määrä galakseja, ja ihmiselle alkoi valjeta, miten valtavien ilmiöitten kanssa hän on tekemisissä tutkiessaan maailmankaikkeutta.

Katsellessamme tähtitaivaan poikki ulottuvaa sumuista vyötä, jota kutsutaan linnunradaksi (pienellä alkukirjaimella), me todellisuudessa katselemme omaa galaksiamme, Linnunrataa (suurella alkukirjaimella), suoraan sivusta. Jos pääsisimme katsomaan galaksiamme kaukaa, se näyttäisi jättimäiseltä pyörivältä kiekolta. Sen muotoa on verrattu kahteen paistettuun kananmunaan, jotka ovat pohjat vastakkain kiinni toisissaan, vaikka luonnollisestikin paljon suuremmassa mittakaavassa. Jos pääsisimme liikkumaan valon nopeudella, oman galaksimme läpi kulkemiseen kuluisi meiltä 100000 vuotta. Auringolta, joka sijaitsee lähellä galaksimme ulkolaitaa, kuluu yhteen kierrokseen galaksimme keskuksen ympäri 200 miljoonaa vuotta.

Galakseilla on tähtien tavoin edelleen monia salaisuuksia, joiden selvittäminen kiehtoo tiedemiehiä.

Kvasaarit: 1960-luvulla vastaanotettiin voimakkaita radiosignaaleja kohteista, joiden täytyi sijaita kaukana lähimpien galaksinaapureittemme takana. Niitä alettiin kutsua kvasaareiksi tähtimäisten ominaisuuksiensa vuoksi (kvasaari on lyhenne sanoista ”quasi-stellar radio source”). Tähtitieteilijät olivat kuitenkin ymmällään sen johdosta, miten valtavasti kvasaarit säteilivät energiaa. Valovoimaisin kvasaari on noin 10000 kertaa kirkkaampi kuin Linnunrata, ja kaukaisimmat löydetyt kvasaarit ovat yli 10 miljardin valovuoden päässä.

Kaksi vuosikymmentä kestäneitten tutkimusten jälkeen tähtitieteilijät ovat tulleet siihen tulokseen, että kvasaarit ovat kaukaisten galaksien erittäin aktiivisia ytimiä. Millä keinoin suunnattomat energiamäärät sitten syntyvät tällaisten galaksien ytimissä? Jotkut tiedemiehet sanovat, että kvasaarien energia ei ole fuusioreaktiossa syntyvää energiaa, vaan painovoimakentän aiheuttamissa ilmiöissä vapautuvaa energiaa. Nykyinen teoria yhdistää kvasaarit jättimäisiin mustiin aukkoihin. Se, onko asia todella näin vai ei, jää tällä hetkellä epävarmaksi.

Kvasaarit ja mustat aukot ovat vain kaksi niistä arvoituksista, jotka yhä odottavat ratkaisuaan. Saattaa olla, että jotkin maailmankaikkeuden salaisuudet jäävät ainiaaksi käsityskykymme ulkopuolelle. Ne salaisuudet, joista on päästy perille, voivat kuitenkin opettaa joitakin erittäin arvokkaita asioita – asioita joiden merkitys ulottuu kauas tähtitieteen alueen ulkopuolelle.

[Kuva s. 7]

Kierteisgalaksi M 83

[Lähdemerkintä]

Valokuva: D. F. Malin; käyttöluvan antaja: Anglo-Australian Telescope Board

[Kuvat s. 8]

Jewel Box

Avonainen tähtijoukko Plejadit, M 45, Härän tähdistössä

[Lähdemerkintä]

Valokuva: D. F. Malin; käyttöluvan antaja: Anglo-Australian Telescope Board

[Kuvat s. 8]

Orionin sumu, pienemmässä kuvassa Hevosenpää-sumu

[Lähdemerkintä]

Valokuva: D. F. Malin; käyttöluvan antaja: Anglo-Australian Telescope Board