Useat kansainväliset tutkimusryhmät ovat jo aiemmin vahvistaneet turkulaisten tutkijoiden teorian, että kaukaisen galaksin OJ 287 keskustassa on kaksi mustaa aukkoa. Nyt julkaistu uusi tutkimus osoittaa, että vuonna 2021 tehdyissä satelliittihavainnoissa nähtiin ensimmäistä kertaa parin pienempi musta aukko.
Eksoplaneettoja etsivä NASAn satelliittiteleskooppi suunnattiin vuonna 2021 kohti galaksia OJ 287, jotta tähtitieteilijät voivat vahvistaa turkulaistutkijoiden aiemmin esittämän teorian galaksin keskustassa olevasta kahdesta mustasta aukosta.
TESS-satelliitti (Transiting Exoplanet Survey Satellite) on suunniteltu löytämään oman Linnunratamme eksoplaneettoja, jotka kiertävät taivaan kirkkaimpia kääpiötähtiä. TESS etsii planeettoja pienistä, kivisistä kappaleista jättiläisplaneettoihin, jotka edustavat galaksimme planeettojen moninaisuutta. Se on tähän mennessä löytänyt 410 vahvistettua eksoplaneettaa, jotka kiertävät muita tähtiä kuin Aurinkoa.
Vuonna 2021 TESS valjastettiin useiksi viikoiksi tutkimaan toisenlaista järjestelmää, kaukaista galaksia OJ 287. Taustalla olivat tutkijoiden aiemmin saamat epäsuorat todisteet siitä, että kyseisen galaksin keskustassa hyvin massiivinen musta aukko kiertää sitä sata kertaa suurempaa jättiläismäistä mustaa aukkoa.
Todentaakseen pienemmän mustan aukon olemassaolon TESS seurasi kaksoismusta-aukkosysteemiä ja siitä lähtevän valon kirkkautta. Isompaa mustaa aukkoa kiertävän pienemmän mustan aukon suora havainnointi on hyvin vaikeaa, mutta läsnäolo paljastui tutkijoille äkillisenä kirkkauden kasvuna. Tämänkaltaista tapahtumaa ei oltu OJ287:ssä koskaan aikaisemmin havaittu, mutta Turun yliopiston tutkija Pauli Pihajoki ennusti tapahtuman väitöskirjassaan jo vuonna 2014. Sen mukaan seuraavan kirkastumisen piti tapahtua vuoden 2021 lopulla, jolloin useat satelliitit ja teleskoopit suunnattiin seuraamaan kohdetta.
TESS-satelliitti havaitsi odotetun kirkastumisen marraskuun 12. päivänä 2021 klo 4 aamuyöstä Suomen aikaa, ja havainnot julkaistiin hiljattain Shubham Kishoren, Alok Guptan (Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences, Intia) ja amerikansuomalaisen Paul Wiidan (The College of New Jersey, USA) tutkimuksessa. Kirkastuminen kesti vain 12 tuntia. Tämä lyhyt kesto tarkoittaa, että suuren kirkkauden leimahdusta on hyvin vaikea löytää, ellei sen ajankohta ole jo etukäteen tiedossa. Tässä tapauksessa turkulaistutkijoiden teoria osoittautui oikeaksi, ja TESS suunnattiin OJ 287:een juuri oikeaan aikaan. Löydön vahvisti myös samaan kohteeseen suunnattu NASAn Swift-teleskooppi.
Myös Puolan Krakovassa sijaitsevan Jagiellonian-yliopiston Staszek Zolan johtama suuri kansainvälinen tutkijaryhmä havaitsi saman tapahtuman käyttämällä koordinoidusti eri puolilla maapalloa sijaitsevia teleskooppeja, niin että ympäri vuorokauden ainakin yhdellä teleskoopilla oli havaintoon tarvittava yöaika. Lisäksi Svetlana Jorstadin ja muiden havaitsijoiden johtama ryhmä Bostonin yliopistosta Yhdysvalloista vahvisti löydön tutkimalla valon polarisoitumista purkauksen yhteydessä.
Nyt julkaistussa ja kaikki aiemmat havainnot yhdistävässä tutkimuksessa Turun yliopiston professori Mauri Valtonen ja tutkimusryhmä on osoittanut, että 12 tunnin valonvälähdys tuli kiertoradalla olevasta pienemmästä mustasta aukosta ja sen ympäristöstä.
Nopea purkaus syntyy, kun pienempi musta aukko haukkaa kerralla ison siivun suurempaa mustaa aukkoa ympäröivästä kaasukiekosta, ja muuttaa sen ulospäin suuntautuvaksi kaasusuihkuksi. Pienemmän mustan aukon suihku voittaa silloin kirkkaudessa isomman mustan aukon suihkun noin kahdentoista tunnin ajan. Tällöin se tekee OJ287:n väristä kellertävän normaalin punaisen sijaan. Purkauksen jälkeen punainen väri palautuu taas takaisin. Keltainen väri osoittaa, että kyseisen 12 tunnin ajan näemme juuri pienemmän mustan aukon valoa. Saman asian voi päätellä OJ287:n valon muistakin ominaisuuksista tämän ajanjakson aikana.
Mustat aukot kiertävät toisiaan. Molemmista mustista aukoista purkautuu kaasusuihku, isommasta punertavana ja pienemmästä kellertävänä. Normaalisti ainoastaan punertava suihku on havaittavissa, mutta 12. marraskuuta 2021 pienempi keltainen suihku loisti kirkkaampana 12 tunnin ajan. Se antoi suoran signaalin pienemmästä mustasta aukosta, joka havaittiin ensimmäistä kertaa. Kuva: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC) & M. Mugrauer (AIU Jena).
Havaittu purkaus näkyy terävänä piikkinä (Flaring) satelliittihavainnoista saadulla valokäyrällä, joka näyttää kuinka muuten tasaisen himmeä kohde äkillisesti ja voimakkaasti kirkastuu. Yläkulmassa näkyy havaittu piikki aukizoomattuna. Purkauksen valon määrä vastaa noin 100 galaksin kirkkautta. (Kuvan lähde Kishore et al. 2024)
– Siksi voimme nyt sanoa, että olemme "nähneet" kiertoradalla olevan mustan aukon ensimmäistä kertaa, samalla tavoin kuin voimme sanoa, että TESSillä on nähty planeettoja kiertämässä muita tähtiä. Ja aivan kuten planeettojen tapauksessa, on äärimmäisen vaikeaa saada suoraa kuvaa pienemmästä mustasta aukosta. Itse asiassa, OJ 287:n suuren etäisyyden takia, lähellä 4 miljardia valovuotta, kestää luultavasti hyvin kauan ennen kuin havaintomenetelmämme ovat kehittyneet tarpeeksi nähdäkseen edes kuvan isommasta mustasta aukosta, Valtonen kertoo.
– Kiertoradalla oleva musta aukko saattaa kuitenkin pian paljastaa olemassaolonsa muilla tavoin, sillä sen odotetaan lähettävän nano-Hertzin taajuusalueen painovoima-aaltoja. OJ 287:n gravitaatioaaltojen odotetaan olevan havaittavissa tulevina vuosina kehitteillä olevien pulsariajoitusmenetelmien avulla, sanoo A. Gopakumar Intian Tata Institute of Fundamental Research -tutkimusorganisaatiosta.
Linkit:
Linkki juuri julkaistuun tutkimusartikkeliin The Astrophysical Journal Letters -lehdessä (Valtonen et al. 2024)
Linkki aiemmin tänä vuonna julkaistuun tutkimukseen (Kishore et al. 2024)
Lue lisää Turun yliopiston tutkimuksesta liittyen galaksin OJ 287 kaksoismusta-aukkoon (2023)
Tutustu myös: video kaksoismusta-aukkosysteemistä
Aiemmassa vuonna 2020 julkaistussa tutkimuksessa OJ 287:n musta-aukkoparia havainnoitiin Spitzer-satelliittiteleskoopilla. Tutkimuksen yhteydessä toteutettu video havainnollistaa kaksoismusta-aukkosysteemin kiertorataa ja pienemmästä mustasta aukosta havaittuja valopurkauksia. Video: NASA/JPL-Caltech
