Kaelakee udu

Hubble kosmoseteleskoobi foto meist 15 tuhande valgusaasta kaugusel asuvast väga omapärasest udust PN G054.2-03.4, mis kannab tabavalt Kaelakee udu hüüdnime. Selle teke arvatakse olevat seotud kaksiktähesüsteemiga, kus kaks Päikese-sarnast tähte tiirlevad üksteisest vaid kusagil 7 miljoni kilomeetri kaugusel ning teevad üksteise ümber tiiru vaid 29 tunniga. Kui üks nendest tähtedest umbes 10 tuhat aastat tagasi* vanadusest punaseks hiidäheks paisus, neelas see teise tähe enda sisse. Selle jätkuv tiirlemine oma kaaslase hõredas sisemuses pani viimase pöörlema üha kiiremini, kuni selle ekvaatorilt lendasid välja hiiglaslikud gaasipilved, millest on nüüdseks moodustunud umbes 8 valgusaastat lai rõngakujuline "kaelakee". Kaksiktäht paistab fotol kaelakee keskel ühe tähena ning selle kiirgus ergastab kaugevat gaasi ja paneb selle helendama.

*igaks juhuks tasub märkida, et need 10 tuhat aastat on tekstis mõeldud meie vaatepunktist. Kui udu asub meist 15 tuhande valgusaasta kaugusel, siis tegelikult leidis see aset 25 tuhat aastat tagasi.

Betelgeuse pole üksi

Autor: Üllar Kivila

Astronoomid on juba mõnda aega kahtlustanud, et hästituntud Orioni tähtkuju punasel hiidtähel Betelgeusel võib leiduda lähedane kaaslane, mida on oma ematähe suure heleduse kõrval väga raske eristada. Nüüd on 2024. aasta detsembris tehtud vaatluste põhjal seda tõenäoliselt esmakordselt nähtud. NASA Amesi Uurimiskeskuse vanemteaduri Steve Howelli juhitud töörühm kasutas Hawaii saarel asuvat Gemini teleskoopi, mis on oma 8,1-meetrise peapeegliga üks maailma suurimaid.

Gemini teleskoobi jäädvustus Betelgeusest koos oma vastavastatud kaaslasega. Et Betelgeuse nimi pärineb araabiakeelsest fraasist "al-Jawzā käsi/õlg", siis pakuti kaaslasele nimeks Siwarha - araabia keeles "käevõru".

Teleskoobi suurus määrab selle lahutusvõime, aga Maad ümbritsev atmosfäär on pidevas liikumises, mistõttu paistavad vaadeldavate taevakehade kujutised värelevana ning ilma lisavaeva nägemata jääks maapealsete teleskoopide lahutusvõime üsna tagasihoidlikuks. Betelgeuse suur heledus võimaldab selle vaatlemisel kasutada väga lühikest säriaega – antud töös 10 millisekundit – mis tähendab, et tähte sisuliselt filmitakse läbi teleskoobi. See aeg on piisavalt lühike, et atmosfääri võbelused seisavad ühe kaadri jooksul praktiliselt paigal ning paljude kaadrite keskväärtuse arvutamisel saadav lahutusvõime on piiratud vaid optilise süsteemi enda suurusega. Niisiis jäädvustatigi Betelgeusest 6000 kaadrit, mille kokkuliitmisel seni märkamatuks jäänud kaaslane end lõpuks ilmutas.

Leitud kaaslane on oma ematähest tervelt 6 tähesuurust tuhmim (ehk kiirgab umbes 250 korda vähem valgust) ning tiirleb Betelgeusest meie vaatepunktist vaid 50 millikaaresekundi kaugusele. Umbes sama lai paistaks umbes 100-meetrine objekt Kuul, vaadatuna Maalt või 5 cm suurune objekt Tallinnas, vaadatuna Tartust.

Betelgeuse on punakas-oranž täht Orioni tähtkuju "õlal". Eestist saame seda vaadelda sügishommikutel, talveöödel ja varakevade õhtutel. Foto: H. Raab

Millega siis tegu on? Tuleb tõdeda, et selle ühe vaatluse põhjal teame selle kaaslase olemusest üsna vähe ning neilgi teadmistel on suured määramatuse vahemikud. Tundub, et tegemist on meie oma Päikesest mõnevõrra suurema tähega (massihinnang on 1,4–2 Päikese massi) ning kui eeldame, et see on umbes sama vana kui Betelgeuse ise (u 10 miljonit aastat), siis on sisuliselt tegu verinoore tähega, mis vastavalt oma suurusele alles hakkab peajadale – ehk tähe stabiilsesse põhiolekusse – jõudma. Astronoomilisel ajaskaalal paraku seda kaaslast aga pikk elu ees ei oota. Tähed arenevad seda kiiremini, mida suurem on nende mass ning hinnanguliselt 15–20 Päikese massiga hiiglane Betelgeuse on selle lühikese ajaga juba oma elu lõppstaadiumisse jõudmas ning valmistub supernoovana plahvatamiseks. Võimalik, et vastavastatud kaaslane ei kesta niigi kaua – juba praegu tiirleb see Betelgeusele nii lähedal, et asub punase hiiu hõredate välimiste atmosfäärikihtide sees ning eeldatavasti langeb selle orbiit hõõrdumise tõttu ematähele aina lähemale.

Betelgeuse on muutliku heledusega täht - siin on näha selle variatsioone viimase paari aastakümne jooksul. Umbes aastapikkune pulseerimine tuleneb tõenäoliselt tähe enda muutlikkusest, kuid pikemaajalised variatsioonid on pikemat aega andnud astronoomidele alust arvata, et Betelgeusel võib olla kaaslane.
Graafikul on selgelt näha 2020. aasta alguses aset leidnud nn suur tumenemine, kus Betelgeuse heledus kahanes ligi kolmandikuni tavapärasest keskväärtusest. Selle tekitajaks oli kõige tõenäolisemalt tähelt välja pursanud ainepilv, mis eemaldudes jahtus ning sattus juhtumisi enam-vähem täpselt meie vaatesuunale, blokeerides osa tähevalgusest.
Andmed: American Association of Variable Star Observers (AAVSO)

Betelgeuse kaaslase avastamine võimaldab seda süsteemi palju paremini tundma õppida. (Seni teada olevalt) üksiku väga heleda tähena on olnud väga raske hinnata Betelgeuse kaugust meist – praegune parim hinnang on üpris suure määramatusega, umbes 400–600 valgusaastat. Vastavastatud kaaslast pikemat edasi vaadeldes võib olla võimalik seda oluliselt täpsustada, samuti võime täpsemalt teada saada, kui kauges tulevikus paljude astronoomide põnevusega oodatav Betelgeuse supernoova ikkagi on. Praeguste suurimate teleskoopide vaatlusvõimekusega suudame kaaslast vaadelda vaid siis, kui see oma orbiidil meie vaatepunktist nähtuna Betelgeusest maksimaalselt eemaldub. Kaaslase orbitaalperiood on eeldatavasti veidi alla 6 aasta, seega järgmine vaatlusvõimalus avaneb pool orbiiti hiljem, ehk umbes 2027. aasta novembris. Tõenäoliselt ootavad seda üle maailma päris mitmed observatooriumid.

Link teadusartiklile: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaaf

Esimene teadaolev kaksiktäht Suures Vankris

Suureks Vankriks nimetatud asterismi* peaks kindlasti iga endast lugu pidav astronoomiahuviline taevast üles leidma. Samuti peaks olema paljudele lapsepõlvest meelde jäänud, et ühe Suure Vankri niinimetatud aisatähe vahetus läheduses paistab üks pisut nõrgem täht, mida kutsutakse vahel Hundiks ning mille peal saab mingil määral oma silmanägemist teritada. Vähesemad ilmselt teavad, et neid kahte tähte silmitsedes vaatame me tegelikult tähesüsteemi, millel on lausa kuus liiget.

Jutt käib Suure Vankri tipust lugedes teisest tähest nimega Mizar ja tema kaaslasest Alcorist, mida eestipäraselt tuntakse Härja ja Hundi nime all. Rahvapärimuses on need sellised nimed saanud muistendi järgi, mille kohaselt olla üks talumees härjavankriga läbi metsa sõitnud, kui ühele härjale hüppas kallale näljane hunt. Kuna taevaisa seaduste järgi ei tohi töötavat looma murda, pani ta hundi karistuseks koos härjaga vankrit vedama. Kuna hundile selline labane töö meelt mööda pole, kisub ta sellest ajast vankrit metsa poole. Teistes maades tuntakse neid muuhulgas Hobuse ja Ratsutajana.

Peipsi mändide vahelt paistev Suur Vanker, selle tähtede nimed ning lähivõte Mizar/Alcorist ehk Härjast ja Hundist.

Seda, et Härja ja Hundi või Hobuse ja Ratsutaja või Mizari ja Alcori peal saab ka silmanägemist kontrollida, teati juba Rooma aegadel, kui väidevalt kõik Cesari armee vibulaskjad pidid need ära suutma eristama. Sama olevat teinud õhtumaade sultanid oma sõdureid valides. Imelik on muidugi see, et kuidas kontrollija teadis, et testitav neid tõepoolest ka näeb ja lihtsalt ei valeta. Alcori nägemisest on inspireeritud ka üks vana ladina ütlus Vidit Alcor, at non lunam plenam (tõlkes "ta nägi küll Alcorit, aga mitte täiskuud"), mis kirjeldab inimest, kes märkab küll kõiksugu detaile ja üksikasju, kuid kellele laiem pilt jääb tabamatuks.

Üks põhjus, miks Hunti/Alcorit kehvema nägemisega inimesel raske teravalt näha on, võib tulla sellest, et nende kahe tähe vahel asub omakorda veel üks kummagist madalama heledusega täht. Seda vaatles 1722. aastal Saksa astronoom Johann Georg Liebknecht, kes nimetas selle oma patrooni (Louis VIII) järgi Ludwigi täheks. Kui alguses pidas Liebknech seda (ekso)planeediks, siis peagi selgus, et seda oli täpselt samas asukohas juba sajand varem vaadelnud Itaalia matemaatik Benedetto Castelli. Tänaseks teame, et tegemist on lihtsalt ühe kauge taustatähega (300 va), mis kannab nüüdisajal kaunist Sidus Ludoviciana nime.

Samal ajal kui Castelli vaatles Ludwigi/Sidus Ludoviciana tähte, tegi ta tegelikult ühe veelgi suurema avastuse. Nimelt suutis ta oma üsna primitiivse teleskoobiga juba 1616. aastal näha, et Mizar ei ole mitte üks hele täht, vaid kaks üksteisele väga lähedal asuvat tähte - Mizar A ja Mizar B. Sellega sai Mizarist ja Alcorist kolmiksüsteem. 20. sajandi alguses suudeti Mizari mõlemad tähed spektroskoopia abil veel omakorda lahutada kaheks liikmeks, mis tegi süsteemi juba viisiktäheks.

Foto Mizarist ja Alcorist augusti viimasel nädalavahetusel. Pange tähele, et heledam Mizar koosneb tegelikult kahest üksteisele väga lähedal paistvast tähest. Need kaks koosnevad sarnaselt Alcoriga veel kahest liikmest, mida ainult teleskoobiga pole võimalik eristada. Foto koosneb umbes 100st 4-sekundilisest kaadrist (ISO 640). Teleskoop Bresser Messier 203/1200, fotokas Nikon D5600.

Kuna Alcori ja Mizari omaliikumistes (tähe reaalne liikumine Päikese suhtes) oli tuvastatud mõningaid ebakõlasid, kaheldi tegelikult pikalt, kas Alcor ikka on Mizariga gravitatsiooniliselt seotud ja kas tegemist ei ole hoopis kahe üksteisele visuaalselt lähedase, kuid eraldiseisva tähega. See sai lõpliku lahenduse alles 2009. aastal, kui USA Rochesteri ülikooli astronoomid avastasid (poolkogemata), et ka Alcor koosneb tegelikult kahest tähest - heledast ja kuumast A tüüpi tähest ja selle ümber tiirlevast pisikesest punasest kääbustähest. Kui võtta arvesse punase kaaslase mõju Alcori heledama tähe omaliikumisele, sai selgeks, et see on tõepoolest Mizariga gravitatsiooniliselt seotud. Viimaks oli juba antiikajast tuntud (visuaalsest) kaksiktähest saanud ametlik kuusiktäht.

Niisiis, kordame süsteemi täpsema kirjelduse sammhaaval üle:

Silmaga nähtavad Mizar ja Alcor asuvad meist umbes 83 valgusaasta kaugusel. Üksteisest asuvad nad kusagil poole kuni pooleteise valgusaasta kaugusel (74,000 ± 39,000 korda kaugemal kui Maa Päikesest) ning üksteise ümber tiiru tegemiseks kulub neid umbes 750 000 aastat.

Mizar koosneb kahest teleskoobiga eristavast komponendist Mizar A-st ja Mizar B-st, mis asuvad üksteisest kõige lähemas punktis 380 astronoomilise ühiku kaugusel ning teevad ühe tiiru umbes 5000 aastaga. Spektroskoopia abil on kindlaks tehtud, et Mizar A koosneb omakorda kahest umbes 2,2 Päikese massiga tähest, mis tiirutavad üksteise ümber vaid 20 päevaga. Mizar B koosneb samuti kahest tähest, mille kombineeritud mass on 1,6 Päikest ning ühe tiiru teevad nad üksteise ümber umbes kuue kuuga.

Alcor koosneb A tüüpi tähest massiga 1,8 Päikest ja M tüüpi punasest kääbustähest massiga vaid 0,24 Päikest. Nende pöörlemisperioodi väga täpselt ei teata.

Lihtsustatud joonis Mizar-Alcor kuusiksüsteemist. Tähtede mõõtmed ja nende vahemaad ei ole õigetes proportsioonides.

Mizar-Alcor on meile läheduselt teine kuusiksüsteem Kaksikute Castori järel, mis asub meist kõigest poolesaja valgusaasta kaugusel.

*Asterism ehk eestipäraselt tähekujund on mingi tuntud tähtede muster, mis võib aga ei pea kuuluma ühe tähtkuju koosseisu. Seega Suur Vanker ei ole mitte ametlik tähtkuju, vaid üks kõigile tuntud osa suuremast ja niiöelda ametlikust tähtkujust nimega Ursa Major ehk Suur Karu. Teistest kuulsatest asterismidest võib veel nimetada Suvekolmnurka, Talvekuuskanti, Kevadkolmnurka, Orioni vööd, Pegasuse ruutu ja Lõunaristi.