Lehdistötiedote

ESO:n teleskoopit ovat auttaneet pulsarin arvoituksen selvittämisessä

30. elokuuta 2023, Turku

Tähtitieteilijät ovat paljastaneet pulsarin, eli erittäin nopeasti pyörivän kuolleen tähden oudon käyttäytymisen syyn laajan havaintokampanjan avulla, johon osallistui 12 teleskooppia. Mukana oli sekä maassa että avaruudessa sijaisevia havaintolaitteita, mukaan lukien kolme Euroopan eteläisen observatorion (ESO) yksikköä. Tämän salaperäisen kohteen kahden eri kirkkaustilan tiedetään vaihtuvan lähes jatkuvasti, minkä syy on tähän asti ollut arvoitus. Tähtitieteilijät ovat nyt havainneet, että hyvin lyhyiden jaksojen aikana pulsarista sinkoutuu purkausten aikana äkillisesti materiaa, mikä on näiden outojen muutosten syy.

"Olemme todistaneet poikkeuksellisia kosmisia tapahtumia, joissa valtavat määrät ainetta ammutaan avaruuteen kosmisten tykinkuulien tavoin sekunnin kymmenesosien aikaskaalassa pienestä, tiheästä taivaankappaleesta, joka pyörii uskomattoman suurilla nopeuksilla", sanoi Maria Cristina Baglio, New Yorkin yliopiston Abu Dhabin tutkija, joka on Italian kansallisesta astrofysiikan instituuttista (INAF), ja tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä julkaistun artikkelin pääkirjoittaja. 

Pulsari on nopeasti pyörivä, magneettinen, kuollut tähti, joka lähettää sähkömagneettista säteilyä keilamaisesti avaruuteen. Pyöriessään tämä sädekeila pyyhkäisee maailmankaikkeuden poikki muistuttaen ympäristöään skannaavaa majakkaa. Tähtitieteilijät havaitsevat kohdetta säteilykeilan leikatessa Maan näkösuunnan. Tämä saa meistä katsottuna tähden näyttämään kirkkaalta pulssilta.

PSR J1023+0038, tai lyhyesti J1023, on erityinen pulsarityyppi, joka käyttäytyy oudosti. Se sijaitsee noin 4500 valovuoden päässä Sekstantin tähdistössä ja kiertää lähellä toista tähteä. Tämän vuosikymmenen aikana pulsari on aktiivisesti irroittanut tästä kumppanista materiaa, joka kerääntyy pulsarin ympärillä olevaan kiekkoon ja putoaa hitaasti sitä kohti.   

Materian kertymisen alettua sädekeila käytännöllisesti katsoen katosi ja pulsari alkoi jatkuvasti vaihtaa tilaansa kahden eri tilan välillä. "Korkeassa" tilassa pulsari lähettää voimakasta röntgensäteilyä, ultraviolettisäteilyä ja näkyvää valoa, kun taas "matalassa" tilassa se himmenee näillä taajuuksilla ja emittoi enemmän radioaaltoja. Pulsari voi pysyä kussakin tilassa useita sekunteja tai minuutteja, minkä jälkeen se vaihtaa toiseen tilaan vain muutamassa sekunnissa. Tämä tilan vaihtumisen syy on ollut tähtitieteilijöille arvoitus.  

"Tämän pulsarin käyttäytymisen ymmärtämiseksi tehty ennennäkemätön havainnointikampanjamme sisälsi kymmenkunta huippuluokan maanpäällistä ja avaruudessa olevaa teleskooppia", sanoi Francesco Coti Zelati, tutkija avaruustieteiden instituutissa Barcelonassa, Espanjassa, ja artikkelin toinen pääkirjoittaja. Havaintokampanjaan kuuluivat ESO:n VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja ESO:n NTT-teleskooppi (New Technology Telescope), jotka havaitsivat näkyvää ja lähi-infrapuna-alueen valoa, sekä Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), jossa ESO on mukana kumppanina. Kahden yön aikana kesäkuussa 2021 tehdyissä havainnoissa he huomasivat kohteen tekevän yli 280 vaihdosta korkean ja matalan tilan välillä. 

"Olemme havainneet, että tilan vaihtuminen johtuu monimutkaisesta vuorovaikutuksesta pulsarituulen, eli suurienergisten pulsarista poispäin liikkuvien hiukkasten virtauksesta, ja pulsaria kohti virtaavan materian välillä", sanoi Coti Zelati, joka on myös INAF:ista.

Matalassa tilassa pulsaria kohti virtaava materia karkaa kapeana suihkuna kohtisuoraan suuntaan kiekkoon nähden. Vähitellen materiaa kasaantuu lähemmäs ja lähemmäs pulsaria ja tämän tapahtuessa pulsarista ulospäin puhaltava tuuli osuu siihen, jolloin materia kuumenee. Pulsari on silloin korkeassa tilassa lähettäen voimasta röntgensäteilyä, ultraviolettisäteilyä ja näkyvää valoa. Lopulta pulsari poistaa kuuman aineen kasaumat suihkuna. Kun kiekossa on vähemmän kuumaa materiaa, pulsari ei ole enää niin kirkas ja tila vaihtuu takaisin matalaan tilaan.

Vaikka tämä löytö on selvittänyt J1023:n oudon käyttäytymisen arvoituksen, tähtitieteilijöillä on vielä paljon opittavaa tästä ainutlaatuisesta kohteesta. ESO:n teleskoopit ovat edelleen tähtitieteilijöiden apuna tämän erikoisen pulsarin havainnoissa. Erityisesti Chilessä rakenteilla oleva ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope) tulee mahdollistamaan upean näkymän J1023:n tilan kytkentämekanismeihin. "Pystymme ELT:n avulla saamaan keskeistä tietoa siitä, miten pulsarin ympärille virtaavan materian määrä, jakautuminen, dynamiikka ja energia vaikuttavat tilan vaihtumisen tapaan" kertoi Sergio Campana lopuksi. Hän on INAF Breran observatorion tutkimusjohtaja ja yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus julkaistaan Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202346418) lehdessä.

Tutkimuksessa mukana ovat olleet seuraavat tahot: M. C. Baglio (Center for Astro, Particle, and Planetary Physics, New York University Abu Dhabi, UAE [NYU Abu Dhabi]; INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italia [INAF Brera]), F. Coti Zelati (Institute of Space Sciences, Campus UAB, Barcelona, Espanja [ICE–CSIC]; Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), Barcelona, Espanja [IEEC]; INAF Brera), S. Campana (INAF Brera), G. Busquet (Departament de Física Quànticai Astrofísica, Universitat de Barcelona, Espanja; Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Espanja; IEEC), P. D’Avanzo (INAF Brera), S. Giarratana (INAF – Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italia [INAF Bologna]; Department of Physics and Astronomy, University of Bologna, Italia [Bologna]), M. Giroletti (INAF Bologna; Bologna), F. Ambrosino (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italia [INAF Roma]); INAF – Istituto Astrofisica Planetologia Spaziali, Rome, Italia; Sapienza Università di Roma, Rome, Italia), S.Crespi (NYU Abu Dhabi), A. Miraval Zanon (Agenzia Spaziale Italiana, Rome, Italia; INAF Roma), X. Hou (Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Kunming, Kiina; Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences, Kunming, Kiina), D. Li (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing, Kiina; University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, Kiina; Research Center for Intelligent Computing Platforms, Zhejiang Laboratory, Hangzhou, Kiina), J. Li (CAS Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Department of Astronomy, University of Science and Technology of China, Hefei, Kiina; School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Kiina), P. Wang (Institute for Frontiers in Astronomy and Astrophysics, Beijing Normal University, Beijing, Kiina), D. M. Russell (NYU Abu Dhabi), D. F. Torres (INAF Brera; IEEC; Institució Catalana de Recercai Estudis Avançats, Barcelona, Espanja), K. Alabarta (NYU Abu Dhabi), P. Casella (INAF Roma), S. Covino (INAF Brera), D. M. Bramich (NYU Abu Dhabi; Division of Engineering, New York University Abu Dhabi, UAE), D. de Martino (INAF − Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italia), M. Méndez (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Alankomaat), S. E. Motta (INAF Brera), A. Papitto (INAF Roma), P. Saikia (NYU Abu Dhabi), ja F. Vincentelli (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espanja; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espanja).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa sen jäsenmaiden puolesta Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiede- ja teknologianeuvoston (NSTC) kanssa, sekä Itä-Aasiassa  yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa sen jäsenmaiden puolesta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia
• ALMA:n kuvia 
• NTT:n kuvia 
• Lue lisää ESO:n Erittäin suuresta teleskoopista 
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Maria Cristina Baglio
New York University Abu Dhabi and Italian National Institute for Astrophysics (INAF)
Abu Dhabi, United Arab Emirates
Puh.: +97126287089
Sähköposti: mcb19@nyu.edu ; maria.baglio@inaf.it

Francesco Coti Zelati
Institute of Space Sciences
Barcelona, Spain
Puh.: (+34) 937379788 430416
Sähköposti: cotizelati@ice.csic.es

Sergio Campana
INAF Brera Observatory
Merate, Italy
Puh.: +39 02 72320418
Sähköposti: sergio.campana@brera.inaf.it

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@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