650 tundi Heeliksi udukogu

Süvataeva astrofotograafia suurimaks erinevuseks praktiliselt igat muud sorti fotograafiaga võrreldes on fotode säriajad. Säriaeg on aeg, mille vältel foto jäädvustatakse. Kiiret liikumist pildistades üritame hoida selle ajal võimalikult lühikese (näiteks spordifotograafias), muidu määrdub liikuv objekt fotol laiali. Astrofotograafias, mis sihib väga nõrku objekte, üritatakse säriaega venitada võimalikult pikaks. Kusjuures seda on kasulik teha juppidena, et see hiljem tarvaraliselt kokku liita ning müra signaalist välja praakida. Ka pildistavate objektide osas on astrofotograafia unikaalne, kuna erinevalt meie igapäevast jääb kauge ja hiiglaslik udukogu või galaktika inimesele tuttavate ajaskaalade jooksul muutumatuks. See tähendab, et kõigile selle alaga tegelevatele fotograafidele on subjekt sama, muutub vaid tehnika, millega seda jäädvustada.

Et mitu teleskoopi ja kaamerat on parem kui üks, teevad astrofotograafid vahel koostööd, liites oma kogutud valguse üheks eriti pika säriajaga ja selgusega fotoks. Just seda tegid USA-s Texase osariigis asuva Starfront observatooriumi astrofotograafid. Starfronti näol on tegemist niinimetatud teleskoobifarmiga, kuhu on võimalik inimestel üle kogu maailma püsti seada oma teleskoobid, et neid siis oma kodust kaugjuhtimise kaudu juhtida ja nende abil taevast pildistada. Starfrontis leidub erineva suuruse teleskoope sadu.

Starfront Observatories koduleht: https://starfront.space/page/about/

Hiljuti ühendasid sealset 18 teleskoopi omavad astrofotograafid oma jõud ning suunasid mitmeks ööks oma optika ühele ja samale objektile - kaunile planetaarudule Veevalajas nimega Heeliks (NGC 7293). Tegemist on meist umbes 650 valgusaasta kaugusel asuva sureva tähe poolt laiali puhutud paar valgusaastat laia uduga. Moodustades sisuliselt ühe suure teleskoobi, suutis grupp nii koguda 670 tundi säriaega. Selle üksinda saavutamiseks oleks ühel neist kulunud isegi Texase selge taeva korral mitu kuud igal ööl pildistamist.

Erinevate teleskoopide ja kaamerate poolt jäädvustatud kaadrid, mida oli mahult ilmselt sadu gigabaite, liitis üheks ja töötles valmiskujule USA üks kuulsamaid astrofotograafe Bray Falls (Astrofalls). Tulemus räägib loodetavasti enda eest, aga selle juures võiks ära märkida, et planetaarudu hõredamaid ja nõrgemaid välisosasid tunnistavad tänu sellele fotole inimsilmad tõenäoliselt esmakordselt. Asi selles, et kuigi professionaalsetel astronoomide käsutuses on oluliselt suuremad teleskoobid, ei ole neil reeglina aega nii pikalt ja sügavalt ühele objektile keskenduda.

Heeliksi planetaarudu (NGC 7293)

Üks meile lähim, heledam ja kaunim planetaarudu on umbes 650 valgusaasta kaugusel asuv Heeliksi udu (NGC 7293) Veevalajas. Eesti laiuskraadidelt see sügiseses taevas paraku kümnekonnast kraadist palju kõrgemale ei tõuse, mis teeb selle vaatlemise ja pildistamise pikki segavat atmosfääri keeruliseks. Kosmoseteleskoopidel õnneks sellist muret pole.

Heeliksi planetaarudu Hubble kosmoseteleskoobis.

Heeliksit on pildistatud lugematutel kordadel nii professionaalide kui harrastajate poolt. Neilt piltidel paistab see nähtavas valguses välja otsekui värviline kosmiline silm (mõned kutsuvad seda ka Jumala silmaks). Pikas säriajas ja tolmu läbivas infrapunas jäädvustatud fotodel tuleb selle puhul esile esmapilgust palju keerukam struktuur. Eriti suurt huvi astronoomidele pakuvad selle keskosades asuvad kümned tuhanded hiiglaslikke komeete meenutavad "sõlmed". Just neid on infrapunas ja enneolematus lahutuses (vt linki foto juures) värskelt pildistanud kosmoseteleskoop James Webb.

Soovitame väga sama foto vaadata täislahutuses siit: https://assets.science.nasa.gov/.../STScI...

Vasakul VISTA teleskoobi infrapunafoto Heeliksist. Paremal James Webbi kosmoseteleskoobi vaade.

Siinkohal tuleks seletada, et planetaarududel ei ole vaatamata nimele mingit seost planeetidega (esimestes teleskoopides olla need neid veidi meenutanud). Tegemist on päikesesarnase tähe surmale järgnenud vaatepildiga, kus selle välimised gaasikihid on tähest perioodiliste lainetena eemale heidetud ning moodustunud on kaunis erivärviline udukogu, mida paljastunud tähetuum (valge kääbus) seest ergastab. Taoline udukogu püsib vaadeldavana vaid mõned tuhanded aastad, kuid sellele vaatamata on taolisi udusid ainuüksi meie Linnuteest teada tuhandeid. Üks erinäolisem kui teine. Antud juhul on Heeliksi "sõlmed" tõenäoliselt tähe poolt varasemas etapis eemale heidetud tihedamad tolmupilved, millele oluliselt kiiremini liikuv gaas on hiljem järele jõudnud ning neist läbi voolanud. See on nende taha venitanud pikad "sabad".

Võib olla kõige rabavam osa Webbi fotol nähtu juures on, et kõik "sõlmed" on mõõtmetelt võrreldavad Päikesesüsteemi läbimõõduga. Heeliksi enda läbimõõt on kusagil 2,5-3 valgusaastat.

Valge kääbus õgib enda planeeti

Veevalaja tähtkuju suunas, meist umbes 655 valgusaasta kaugusel, asub planetaarudu* NGC 7293, mida tuntakse laiemalt Heeliksi uduna (mõned kutsuvad seda ka Sauroni silmaks). Tegemist on ühe kaunima näitena sellest, et mis juhtub kui päikesesarnane täht oma vesinikuvarud ammendab, paisub ning selle välimised kihid võrdlemisi rahulikus tempos ümbrisevasse ruumi hajuvad. Selline tähe värviküllane surmajärgne etapp kestab vaid paarkümmend tuhat aastat ehk kosmilises mõtes silmapilgu. Kunagisest tähest jääb alles vaid selle ülitihe ja ülikuum, umbes Maa mõõtu tuum - valge kääbus - mis järgnevate triljonite aastate jooksul aeglaselt hüpoteetiliseks mustaks kääbuseks jahtub. Sama juhtub kusagil 6 miljardi aasta pärast meie Päikesega.

Heeliksi planeetarudu James Webbi teleskoobis (infrapunas).

Heeliksi planetaarudu Hubble kosmoseteleskoobis. Valget kääbust on näha selle keskel.

Heeliksi udu keskel asuv valge kääbus on vaid mõni tuhat kilomeetrit suurema läbimõõduga kui Maa, kuid selle pinatemperatuuriks on mõõdetud 120 tuhat kraadi. Võrdluseks, et meie keskpärase Päikese pinnatemperatuur on vaid kusagil 5700 kraadi (kelvinit). Tänu just väga suurele temperatuurile suudab isegi meist 650 valgusaasta kaugusel asuv pisikene kääbustäht särada piisavalt võimsalt, et olla punktina nähtav isegi hobiteleskoopides.

Alates 1980ndatest, kui Maa orbiidile saadeti esimesed tõeliselt tundlikud röntgenobservatooriumid (teleskoobid, mis koguvad ja koondavad röntgenkiirgust) on Heeliksi udu keskel asuv valge kääbus erinenud teistest sellesarnastest, et see näib kiirgavat röntgenkiirgust. Nüüd, kasutades tänapäevaseid röntgenobservatooriume (NASA Chandra ja ESA XMM-Newton) on osad astronoomid jõudnud järeldusele, et tuvastatud röntgenkiirgus võib kuuluda planeedile või õigemini planeedimaterjalile, mida valge kääbus oma võimsa gravitatsiooniga enda pinnale tõmbab. Heeliksi valge kääbuse ümber on eelnevalt avastatud ilmselt umbes Neptuuni massiga planeet, mis teeb sellele tiiru peale iga 3 päevaga. Detsembris ilmunud teadustöös pakutakse, et kääbusele veelgi lähemal võib tiirelda üks veelgi suurema massiga planeet, mida tähejäänuk tükkideks rebib ning seda materjali oma pinnale tõmbab. Kuna valged kääbused on ülitihedad, surutakse selline materjal kääbuse pinnal miljonite kraadide juurde ning eraldub röntgenkiirgus.

Heeliksi planetaarudul on tegelikult üsna keerukas struktuur. Astronoomid ei oska kõigi nende struktuuride tekkepõhjusi seletada, kuna praktiliselt iga planetaarudu on erinev. Tõenäoliselt on erinevuste taga kunagiste tähtede erinevad suurused, massid, temperatuurid, pöörlemised jne.

Kunstniku nägemus planeedist, mille materjali valge kääbus aeglaselt enda pinnale tõmbab. Tegelikkuses oleks valge kääbus planeedist oluliselt pisem, kuid see sisaldaks umbes poolt kunagise tähe massist. On laialt levinud võrdlus, et teelusikatäis valget kääbust kaaluks sama palju kui elevant.

Kui selline teooria saab kinnitust ja ligi 40 aastane mõistatuse lahenduse, siis võib see olla esimene leid valge kääbuse poolt hävitatud planeedist. See omakorda pakub meile pilkuheitu meie enda Päikesesüsteemi tulevikku. Nimelt enne kui meie Päike planetaaruduks hajub ning valgeks kääbuseks muutub, neelab see paisudes Merkuuri, Veenuse ja võib-olla ka Maa. Kuid tähejäänuki ümber jäävad tiirlema teised planeedid (olugi kuumus aurustab tõenäoliselt palju nende massist). Pole võimatu, et miljardite aastate pärast hakkab see lõpuks ka neid õgima.

Teadustööd saab lugeda: https://academic.oup.com/mnras/article/536/3/2477/7922854...

*planetaarudu nimi justkui vihjaks, et sellel on mingit pistmist planeetidega. Tegelikult on selline nimi ajalooline igand ajast, kui mõned sellised udud meenutasid osadele astronoomidele teleskoopides natukene nagu tuhme planeete.