50 vuotta sössötystä! (2009)


TEKSTI: Miikka Väisälä

2/2009 lehden kansi Päätoimittajana Venla Pouru

Sössö täyttää tänä vuonna 50! Ikää on siis yli puolet koko killan iästä, eli pitkästä kiltaperinteestä on kyse. Sössö juhlistaa juhlavuottaan julkaisemalla vanhoista Sössöistä artikkeleita, siirtyen vuosi vuodelta kohti Sössön alkua.

Vuodelta 2009 löytyy kiehtova täysin-full-asia -artikkeli avaruuden ilmiöistä.

”Sähköä! Avaruudessa?

Avaruudesta löytyy lukuisia sähköilmiöitä, joista moni ei ole koskaan kuullutkaan. Tämä artikkelisarja paneutuu kaikenlaisiin sähkömagneettisiin outouksiin, joita löytyy tähtienvälisen avaruuden kätköistä. Jokainen osa valottaa yhtä ilmiötä enemmän tai vähemmän epämääräisesti.

Viime vuosina tähtienvälisten sähkömagneettisten ilmiöiden tutkimuskenttä on kasvanut valtavasti. Kiitos tehokkaiden supertietokoneiden alkaa laskennallinen kapasiteetti olla sitä luokkaa, että ainakin jotenkuten purkalla kasattuja ja hyvällä tahdolla toimivia malleja on mahdollista tehdä. Mallien simuloiminen vaatii kuitenkin niin suuria laskentatehoja, että se saa uusimmankin teho-PC:n polvilleen. Hyvän esimerkin voit saada tästä seuraavalla tavalla. Tarvitset siihen vain Linuxin ja Fortran-kääntäjän. Imuroi Pencil Code osoitteesta http://www.nordita.org/software/pencil-code/ ja asenna se. Aja jonkin kolmiulotteinen esimerkkisimulaatio 5123 pisteen tarkkuudella, ja odota tuloksia parin viikon ajan.

Tähtienvälisen aineen sähkömagneettisen liikkeen mallintamiseen käytetään yleensä pelottavalta kuulostavaa plasmafysiikan osa-aluetta nimeltä magnetohydrodynamiikka – MHD kaverien kesken –, jonka on keksinyt sähköinsinööri Hannes Alfvén 1940-luvulla. MHD:n idea on pitkästä nimestään huolimatta yksinkertainen. Siinä vain yhdistetään magneettikentät virtauksia kuvaaviin yhtälöihin. Sillä tavoin voidaan laskea kätevästi plasman liikkeitä tarvitsematta huolehtia jokaisesta hiukkasesta erikseen. Alfvén saikin keksinnöstään Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1970.

Kuva 1: NGC 3132. Lähde: Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA/ESA).

Norsunkärsiä kaasukuplissa

Onneksi kaikkiin löytöihin ei kuitenkaan tarvita supertietokoneiden prosessoriaikaa. Joskus riittää pelkkä paino ja punnus. Viittaan tällä ruotsalaisten tutkijoiden Per Carlqvistin(KTH, Alfvén-laboratorio) ja Gösta Gahmin(Tukholman yliopisto) tutkimuksiin. He ovat tehneet havaintoja ja teorioita oudoista kaksoiskierrerakenteista, joita muodostuu muun muassa norsunkärsiin.

Luit ihan oikein. Puhuin juuri norsunkärsistä. Ne ovat kiehtovia kaasu-ulokkeita massiivisten tähtienvälisten kaasukuplien reunoilla. Yleisimpiä näistä kuplista ovat niin kutsutut HII-alueet – esimerkiksi kuuluisa Orionin sumu on sellainen tai kuvassa 1 näkyvä Rosette-sumu. Kyseisen kaltainen alue syntyy, kun on muodostunut massiivisia sinisiä tähtiä. Nämä tähdet säteilevät niin valtavasti energiaa, että ne kuumentavat ympäröivää vetykaasua, muuttavat sen plasmaksi ja saavan kaasun etääntymään valtavaksi kuplaksi sinisen tähtirykelmän ympärille.

Kupla ei kuitenkaan laajene samalla nopeudella kaikkialta. Joissakin kohdissa on kaasutihentymiä, jotka jäävät näkyviin pitkulaisiksi ulokkeiksi, jotka kuvissa pilkistävä HII-kuplien reunoilta. Näitä ulokkeita kutsutaan norsunkärsiksi niiden muodon perusteella. Norsunkärsistä ollaan oltu erityisesti sen vuoksi kiinnostuneita, että on epäilty niissä esiintyvän tähtien syntyä.
Toisaalta, vaikka tähtien synty onkin kiinnostava alue, ei siihen tällä kertaa keskitytä, nimittäin norsunkärsissä on havaittu myös tuntemattomampia ilmiöitä – nimittäin kaksoiskierresäikeitä.

Kaksoiskierresäikeet ja mistä niitä löytää

Kaksoiskierresäikeet ovat tihentymiä, joita pystyy erottamaan norsunkärsien sisäisissä rakenteissa. Erityisen tyylipuhdas esimerkki on Rosette-sumun suuri norsunkärsä eli Jakoavain, kuten Carlqvist ja kumppanit sitä leikkisästi nimittävät, jota katselemalla voi erottaa selkeitä kaksoiskierresäikeitä. Paljon muitakin kohteita löytyy, mutta joidenkin kuvien ymmärtäminen vaatii tähtitieteilijälle ominaista taitoa osata tehdä suuria päätelmiä parista hassusta pikselistä.

Nämä säikeet eivät välttämättä tosin vaadi aina mitään HII aluetta. Samanlaisia juttuja on löydetty myös niin kutsutuista planetaarisista sumuista, jotka syntyvät kun kuoleva tähti puhaltaa aineensa itsensä ulkopuolelle. Kuvan 2 NGC 3132 ja kuvan 3Helix-sumu antavat tästä hyvän esimerkin. Erityisesti NGC 3132:ssa on nähtävissä aivan tyylipuhdas kaksoiskierre, kun taas Helix-sumussa näkyvissä komeettamaisista pallukoissa on havaittu kierteisyyttä. Vaikuttaa siten siltä, että vaaditaan vain laajeneva tähtienvälisen kaasun kupla, jonka jälkeen jää tihentymiä. HII-alueet vain ovat niitä tunnetuimpia.

Kuva 2: Helix-sumu (NGC 7293). Lähde: NASA, ESA ja C.R. O’Dell (Vanderbilt University).

Säikeet ja sähkömagnetismi

Mitä ihmeen tekemistä joillain säikeillä voi olla sähkömagnetismin kanssa? Ihan kaikki, tietenkin. Jos mainittujen ruotsalaisten teorioihin on uskomista, niin nähdyt tihentyvät kuvastavat nimenomaan taipunutta magneettista säiettä. Aine vain seuraa magneettikentän mukana ja pitää kentän kyllin vakaana. Tuon säikeen toimintatavasta ei ole vielä täyttä selvyyttä, mutta Carlqvist ja kumppanit keksivät oivan analogian, johon tarvitaan vain paino ja naru.

Otetaan siis punnus ja naru, joka joustaa. Laitetaan punnus roikkumaan, jolloin naru venyy V:n muotoiseksi. Aletaan sitten kiertää punnusta. Kun punnus on kiertynyt kylliksi, kiertyneeseen köyteen syntyy kaksoiskierrerakenne, ja koko naru näyttää kokonaisuudessaan Y:n muotoiselta.

Vertauskuva hahmottaa hyvin kaksoiskierrerakenteen oletettua muodostumista. Ajatellaan, että laajenevan tähtienvälisen kaasukuplan reunalle on syntynyt magneettikentästä koostuva naruntapainen. Tällaisen vuoputket ovat monesta paikkaa tunnettuja ilmiöitä. Jossain kohdassa vuoputkea on tihentymä ainetta. Kun kupla laajenee, tämä tihentymä ei seuraa mukana yhtä nopeasti. Tämän vuoksi magneettikenttä alkaa taipua ja siitä muodostuu V:n muotoinen, missä tihentymä on V:n kärjessä. Punnusta voi verrata tähän kenttään vaikuttavaan jännitysvoimaan. Kun jännitysvoima kasvaa, taipuu magneettinaru kaksoiskierteelle ja norsunkärsä syntyy eli magneettinaru on Y:n muotoinen. Siitä, miten kehitys kulkee tästä eteenpäin, ei ole kummemmin ole- massa tutkimuksia.

Mielestäni on varsin selvää, että magneettikenttä on ilmiön takana. Carlqvist ja kumppanit ovat keksineet hyvän selitysmallin, joka on sekä havainnollinen että toimiva. Tähtitiede on kuitenkin ala, jossa mikään ei ole varmaa. Voi olla, että koko narumalli vielä osoittautuu haihatteluksi. Kaikenlaisia lelumalleja on nähty ennenkin. Ennen kuin tämä selviää, pitää vain jatkaa tutkimuksia.

Kirjoittaja on SIK:n fuksi ja tekee gradua norsunkärsistä Helsingin yliopiston Observatoriolla.”

(Visited 96 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*