Parim madalasageduslik raadiokujutis Linnuteest

Inimloomadena oleme harjunud meid ümbritsevat maailma nägema ühes elektromagnetkiirguse väga kitsas lainepikkuse vahemikus (umbes 380-750nm), mida kutsutaksegi arusaadavatel põhjustel nähtavaks valguseks. Kui sellest vahemikust liikuda lainepikkuse suhtes lühema poole, siis kohtame kõrgema energiaga UV-, röntgen- ja gammakiirgust. Pikemate lainepikkuste poolel asuvad vahemikud, millele oleme nimeks andnud infrapuna(soojuskiirgus), mikrolained, radarilained ning lõpuks raadiolained.

Astronoomias üritatakse tuttava nähtava valguse kõrval "vaadata" meid ümbritsevat universumit kõigis elektromagnetkiirguse vahemikes. Sellel on kaks peamist põhjust. Esiteks on erinevad objektid või protsessid heledamad erinevates elektromagnetkiirguse vahemikes. Näiteks kuni mõnesaja kraadine objekt ei kiirga praktiliselt üldse nähtavat valgust, aga see-eest infrapunakiirgust. Meie Päike kiirgab praktiliselt tervet elektromagnetkiirgusespektrit, kuid heledam on see just nähtavas valguses. Teiseks levivad erinevad lained keskkonnas erinevalt. Näiteks tähtedevahelisest tolmust ei paista nähtav valgus eriti hästi läbi (mõtelgem näiteks suitsule või liivatormidele), aga see-eest infrapunakiirgus paistab.

Eriti hästi paistavad sellest aga läbi aga raadiolained. Paraku on raadiolained võrreldes nähtava valgusega oluliselt pikema lainepikkusega (millimeetritest kilomeetriteni), mis tähendab, et hea lahutusvõime ehk pilditeravuse saavutamiseks peavad raadioteleskoobid olema optilistest teleskoopidest oluliselt suuremad. Lisaks nõuab raadiolainetest arusaadava pildi kokku panemine väga suurt arvutusvõimsust. Teisalt ei pea raadioteleskoopidega vaatlemiseks ootama ei pimedust ega selget ilma.

Nüüd on Austraalias asuva Rahvusvahelise Raadioastronoomia Keskuse (ICRAR) astronoomid hakkama saanud suurima madalsagedusliku raadiokujutisega lõunapoolkeralt nähtavast Linnuteest. Kusjuures see on värviline. Värve oleme harjunud seostama eelkõige nähtava valgusega, kus need tähistavad erinevaid lainepikkuseid. Raadiolainetest kokku pandud kujutisel tulevad värvid erinevatest raadiolainepikkustest.

Murchison Widefield Array (MWA) nimeline raadioteleskoop, mis koosneb umbes 3 kilomeetrit laiale alale paigutatud 4096-st ämblike meenutavatest antennidest. Allikas: https://www.icrar.org/gleam-x-galactic-plane/

Raadiokujutis on kokku pandud 2013-2014 ja 2018-2020 aastatel tehtud vaatlustest Austraalias asuva Murchison Widefield Array (MWA) nimelise raadioteleskoobiga, mis koosneb umbes 3 kilomeetrit laiale alale paigutatud 4096-st ämblike meenutavatest antennidest. Vaatlused tõlkis optiliseks kujutiseks Curtini Ülikooli doktorant Silvia Mantovanini, kellel kulus selleks 18 kuud ja ligi miljon superavutite protsessoritundi. Eelnevat sarnast raadiokujutist ületab see tundlikuse poolest kümme, lahutusvõime ja suuruse poolest kaks korda.

Kujutisel on näha tervet lõunapoolkeralt avanevat Linnutee tasandit, sealhulgas selle tihedat keset. Sellel paistavad sajad ümarad supernoovajäänukid (punakalt) ja noori tähetekkepiirkondi ümbritsevad gaasikogumid (sinised). Kokku on kujutisel esindatud kusagil 98 tuhat raadioallikat, mille hulka kuuluvad ka kauged pulsarid (neutrontähed), planetaarudud ja raadiokiirguses heledad galaktikad. Kui kujutist võrrelda sama vaatega nähtavas valguses, saab raadioastronoomia eelis loodetavasti ilmselgeks.

Avaldatud raadiokujutis üleval ja nähtavas valguses kujutis all. Allikas: https://www.icrar.org/gleam-x-galactic-plane/

Raadiovaatluse suund meie asukohast Linnutee galaktikas. Allikas: https://www.icrar.org/gleam-x-galactic-plane/

Detailid Linnutee galaktika südamest

Nädalapäevad tagasi avaldati enneolematult detailne raadiomosaiik meie kodugalaktika keskme ümbrusest, millelt on näha nii arvukaid seniavastamata supernoovajäänukeid, kui ka sadu mõistatuslikke magnetfilamente, mille päritolu üle on teoreetilised füüsikud juba viimased 35 aastat kukalt kratsinud. 100 megapiksline kujutis, mis on meie silmadele nähtamatutest raadiolainetest tõlgitud nähtavateks, valmistati ühtekokku 200 tunnise vaatluse tulemusel Lõuna-Aafrika Vabariigis asuva MEERKAT raadioteleskoobiga, mis on tundlikum omasugune maailmas. See koosneb 64-st individuaalsest antennist (diameeter 13,5m), mis töötavad kaheksa kilomeetrit laiale alale jagatult otsekui üks väga suur ja võimas teleskoop. Kui nähtavaks valguseks kutsutud elektromagnetspektri vahemikku blokeerib tähtedevaheline tolm ja gaas, siis raadiolained pääsevad sellest segamatult läbi.

Raadiomosaiik, mille keskel on Linnutee südames asub supermassiivne must auk Sagittarius A*. Erinevad värvid tähistavad raadiokiirguse intensiivsust.

Suuremalt: https://apod.nasa.gov/.../MwCenter_MeerKATMunoz_7530.jpg
Teises värvigammas: https://www.sarao.ac.za/.../01_MeerKAT_GC_Galactic_Centre...

Lähivõte Sagittarius A* nimelise musta augu tihedast ümbrusest ja selle ümber voolavatest filamentidest.

Keskel üks supernoovajäänuk, sellest vasakul on tõenäoliselt sellest suurel kiirusel välja visatud kiiresti pöörlev neutrontäht ehk pulsar (hüüdnimega Hiir), mis on oma teele jätnud jälje otsekui merel sõitev laev. Paremal-ülal üks eriti võimas filament, mida kutsutakse Maoks.

20 erinevast vaatlusest kokku õmmeldud kujutis hõlmab (lõunapoolkera) taevas umbes 30 täiskuuketta suurust ala. Selle keskel on näha heledalt raadiokiirguses säramas umbes 4 miljoni Päikese massiga supermassiivset musta auku (või õigemini selle ümbrust), mida kutsutakse selles suunas asuva Amburi tähtkuju järgi Sagittarius A*. Nähtavas valguses meie jaoks alatiseks varjatud piirkond asub meist umbes 25 tuhande valgusaasta kaugusel. Võrdluseks asub lähim täht Proxima Centauri meist 4,3 valgusaasta kaugusel ning üks valgusaasta on üle 63 tuhande korra pikem vahemaa kui Maa ja Päikese omavaheline kaugus.

Mustast august paremal ja vasakul ehk peamiselt Linnutee tasandis on näha suuremaid ja väiksemaid (lähemal ja kaugemal) asuvaid ümaraid moodustisi, mis kujutavad endast ammuste võimsate supernoovade paisuvaid jäänukeid. Nende sadu ja tuhandeid kilomeetreid sekundis liikuvad lööklained, mis põrkuvad tähtedevahelise hõreda gaasiga, kannavad endaga kaasas raskeid elemente, mille olemasoluta elu ei saaks eksisteerida. Antud kujutiselt leiti kümneid uusi supernoovajäänukeid, millest igaühel on rääkida enda lugu. Neist üheks erilisemaks on harvaesinev peaaegu täiesti ümmargune supernoovajäänuk, mis avastati mosaiigi servast (all näeb seda lähemalt).

MEERKAT andmed kombineeritud Spitzeri kosmoseteleskoobi infrapunakiirguses tehtud jäädvustusega. Allikas: Judy Schmidt
@SpaceGeck

Kaugelt kõige huvitavamaks avastuseks on aga tuhatkond niitjat magnetfilamenti, mis paiknevad pildil peamiselt vertikaalselt. Kuigi neid on nähtud ka varem, pole neid varasemalt avastatud sellisel arvul ja resolutsioonis. Keskmiselt 150 valgusaastat pikad moodustised näivad esinevat tihtipeale paaris, grupis, ühes suunas ja võrdsete vahedega otsekui kosmilised kitarrikeeled. Tegemist on sisuliselt piirkondadega, kus magnetväli on ümbritsevast oluliselt tugevam ning kuhu sattunud ning peaaegu valguse kiirusele kiirendatud laetud osakesed (näiteks elektronid) liiguvad ning kiirgavad võimsates raadiolainetes. Nende tekke tagamaad on siiani segased, kuid värske vaatlus aitab füüsikutel kindlasti koostada uusi ja paremaid mudeleid, mis nende olemasolule võimalikke seletusi pakuks.

Supermassiivsed mustad augud raadiokiirguses

Alloleval pildil pole kujutatud mitte tähistaevast, vaid kusagil 25 tuhandet individuaalset supermassiivset musta auku, millest igaüks asub enda emagalaktika südames. Kaart, mis hõlmab vaid 4 protsenti põhjapoolkera taevast, valmis LOFAR nimelise raadioteleskoobivõrgustiku abil, mis jäädvustab suhteliselt väheuuritud madalasageduslikke raadiolaineid.

LOFAR (Low-Frequency Array) kujutab endast 52st pisikesest raadioteleskoobist koosnevat võrgustikku üheksas Euroopa riigis (Saksamaal, Hollandis, Poolas, Prantsusmaal, Suurbritannias, Rootsis, Iiirimaal, Lätis ja Itaalias), millest moodustub üle 1000 kilomeetrise läbimõõduga ja ühtlasi maailma suurim liitteleskoop. Tajudes raadiolaineid sagedusega 10–240 MHz, suudab see "näha" kiirgust, mis pärineb enamike galaktikate südametes asuvate ülimassiivsete mustade aukude (miljoneid ja miljardeid Päikese masse) ümber tiirlevast ülikuumast ainest.

Kuna nii madala sageduse ja lainepikkusega raadiolaineid kipub Maad ümbritsev ionosfäär (elektriliselt laetud osakestest koosnev kiht 50-1000 kilomeetri kõrgusel) väga tugevalt moonutama, kulus teadlastel aastaid sisuliselt superarvutite programmeerimist, et LOFARi poolt kogutud andmeid oleks võimalik kuidagi kasulikult tõlgendada. Raske töö tulemuseks ongi allolev kujutis, kus mustadelt aukudelt pärinevad raadiolained, mida koguti ühtekokku 256 tundi, on tõlgitud nähtavasse valgusesse. Ehk siis iga valge täpp pildil on supermassiivne must auk, mis asuvad meist kümnete, sadade ja tuhandete miljonite valgusaastate kaugusel asuvate galaktikate keskmes. Kordame veelkord üle, et tegemist on kõigest 4 protsendilise vaatega meie poolkera taevasse. Kommentaarides näeb sama kaarti, mille ülemisse vasakusse nurka on võrdluseks pandud täiskuu näiv läbimõõt.

Üks LOFAR võrgustikku kuuluvatest teleskoopidest Hollandis.

Nüüd, kus LOFARi andmetöötlus on astronoomidel niiöelda käpas, asuvad nad kaardistama tervet poolkera taevast. Nähes raadiokiirguses tähtedest, nende vahelisest tolmust ja isegi galatikatest "läbi", on neil nüüd uus tööriist, mille abil saab hakata senisest paremini uurima aine jaotust universumis. Mis sorti avastusi võib see pikas perspektiivis endaga kaasa tuua, jäägu esialgu vaikivaks spekulatsiooniks.

PS: musti auke leidub selle foto taustal ilmselt miljardeid veel, kuid nendelt Maale jõudva raadiokiirguse tabamiseks läheks vaja juba suuremat ja tundlikumat tehnikat.

Videokaadrid Arecibo raadioteleskoobi purunemisest

Värskelt avaldatud droonikaadritelt on näha kuidas Arecibo raadioteleskoop kokku kukub. Seda vaadates (soovitatavalt heliga) võiks meeles pidada, et purunenud instrumendiplatvorm kaalus 900 tonni ja kukkus 150 meetri kõrguselt.

Teleskoobist rääkisime pikemalt siin: https://www.astromaania.ee/.../arecibo-teleskoop-on...

Arecibo teleskoop on hävinenud

Umbes samal ajal kui hiinlaste ambitsioonikas Chang'e 5 maandur eile õhtul Kuul maandus, sai Puerto Ricos asuv legendaarne Arecibo raadioteleskoop oma kurva lõpu. 57 aastat maailma suurima teleskoobi tiitlit kandnud üle 300 meetrise läbimõõduga instrument kukkus kokku vaevalt nädal peale seda, kui see kuulutati parandamatuks ning otsustati kontrollitud lõhkamiste teel lammutada.

Selline vaatepilt avanes teleskoobile eile õhtul.

Teleskoop kannatas selle aasta augustis ja novembris ulatuslikke vigastusi peale seda kui kaks selle tugikaablit katkesid. Et kaablid toestasid teleskoobi taldriku kohale riputatud ligi 900 tonnist instrumendiplatvormi, otsustati turvalisuse kaalutlustel selle parandamisest loobuda. Nüüd katkesid tõenäoliselt järelejäänud kaablid, kukutades platvormi 134 meetri kõrguselt alla teleskoobi alumiiniumpaneelidest kattele. Kõik juhtus observatooriumi juhtaja Ángel Vázquezi silme all ning olevat võtnud kusagil 30 sekundit. Vázquez on teleskoobiga töötanud viimased 43 aastat.

1963. aastal valminud ja kuni 2016. aastani maailma suurima teleskoobi tiitlit kandnud instrumendi panus vaatleva astronoomia arengusse on olnud asendatu. Näiteks 74. aastal avastati selle abil esimene binaarpulsar ning 92. aastal esimene eksoplaneet. Lisaks on teleskoop olnud kasutuses maaväliste raadiosignaalide otsimisel (SETI) ning 1974. aastal saadeti selle abil M13 kerasparve poole teele raadiotervitus võimalikele maavälistele tsivilisatsioonidele. Laiemale üldsusele peaks teleskoop tuttav olema mitmetest filmidest, nagu Kontakt, James Bond ja Salatoimikud.

Teleskoop enne lagunemist.

Arecibo raadioteleskoop lammutatakse

Vahel tuleb astronoomiamaailmast ka tõeliselt halbu uudiseid. Oleme sunnitud kurbusega teatama, et Puerto Ricos asuv ikooniline Arecibo raadioteleskoop on otsustatud turvalisuse kaalutlustel lammutada. Tegemist on korvamatu kaotusega vaatlevale astronoomiale ja maavälise elu otsingutele.

Probleemid 57 pikka aastat teadust teeninud raadioteleskoobiga algasid selle aasta augustis, kui katkes üks selle tugikaablitest, mille eesmärgiks oli ligi 300 meetrise läbimõõduga teleskoobi kohal hoida üle 800 tonnist detektoriplatvormi. Kahju antenni raadiolaineid peegeldavale kattele ulatus miljonitesse. Novembris purunes teine, seekord peakaabel. Kuna üle poole sajandi vanuse teleskoobi puhul ei saa enam garanteerida, et selle parandamine või opereerimine oleksid turvalised, otsustas Rahvuslik Teadusefond (The National Science Foundation) selle ametlikult maha kanda ja demonteerida.

Mitmetest kuulsatest fimidest ja sarjadest tuttav teleskoop on aastakümnete jooksul teinud lugematuid avastusi. Muuhulgas avastas see asteroidi Bennu, millelt peaks peagi Maale jõudma esimesed pinnaseproovid. Lisaks on teleskoopi aktiivselt kasutatud maavälise elu otsingutel (SETI), kus sellega on kuulatud võimalikke kosmosesügavustest kostuvaid raadiosignaale.

Arecibo raadioteleskoop oli 53 aastat maailma suurim omataoline, kuni hiinlaste 500 meetrine raadioteleskoop 2016. aastal selle rekordi lõi.