Sort hul

Aurinkokunnasta etsitään mustaa aukkoa

Vuonna 2016 syntyi teoria niin sanotusta Planeetta 9:stä, joka kiertää jossakin Aurinkokunnan laidalla. Nyt osa tutkijoista uskoo, että kyseessä ei ole planeetta vaan musta aukko. Se olisi niin lähellä, että tulevaisuudessa sitä voisi käydä katsomassa.

Vuonna 2016 syntyi teoria niin sanotusta Planeetta 9:stä, joka kiertää jossakin Aurinkokunnan laidalla. Nyt osa tutkijoista uskoo, että kyseessä ei ole planeetta vaan musta aukko. Se olisi niin lähellä, että tulevaisuudessa sitä voisi käydä katsomassa.

Shutterstock & Lotte Fredslund/NASA

Kymmenen vuoden kuluttua tähtitieteilijöillä voi olla kiintoisaa katseltavaa. Teleskoopin kuvaan voi nimittäin tallentua komeetan kohtalonhetket, kun sen syö greipin kokoinen musta aukko omassa Aurinkokunnassamme.

Lähitulevaisuudessa aletaan toden teolla etsiä niin sanottua Planeetta 9:ää, jonka teorian mukaan pitäisi kiertää jossakin Aurinkokunnan laidalla. Tosin voi olla, että se ei olekaan planeetta vaan pieni musta aukko.

Jos jälkimmäinen teoria osoittautuu oikeaksi, tutkijoille tarjoutuu ainutlaatuinen tilaisuus tarkastella mustaa aukkoa lähietäisyydeltä ja ehkä jopa käydä katsomassa sitä itse paikalla.

Planeetta 9 selittää oudot kiertoradat

Ajatus Aurinkokunnan yhdeksännestä planeetasta syntyi vuonna 2016. Silloin kaksi tähtitieteilijää, Konstantin Batygin ja Mike Brown Kalifornian teknillisestä korkeakoulusta, kirjoittivat tieteellisen artikkelin, jossa he kuvasivat kaukana Aurinkokunnan laidalla kiertävien pikku kappaleiden ratojen outouksia.

Neptunus

Teorian mukaan Planeetta 9 sijaitsee ainakin kymmenen kertaa niin kaukana Auringosta kuin Neptunus, joka on kaukaisin tunnettu planeetta. Planeetta 9:ltä nähtynä Aurinko olisi himmeä piste taivaalla.

© R. Hurt/IPAC/Caltech

Niin sanotuilla Kuiperin vyöhykkeellä kiertävät kappaleet ovat yleensä muutaman sadan kilometrin kokoisia lohkareita, joiden soikeat radat Auringon ympäri kulkevat Neptunuksen tuolla puolen.

Tutkijat olivat odottaneet, että Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden kiertoradat kulkisivat, miten sattuu, mutta sen sijaan kappaleet näyttävät kulkevat melko lailla samaan suuntaan.

Niin samantahtinen kosminen tanssi edellyttää suurimassaista tanssipartneria. Batygin ja Brown tulivat siihen tulokseen, että kiertoratojen yhdenmukaisuuden selitys on se, että jossakin on suhteellisen iso tuntematon yhdeksäs planeetta, jonka painovoima muokkaa kappaleiden ratoja.

Kiertoradat

Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden (sin.) kiertoradat kulkevat uloimman tunnetun planeetan, Neptunuksen, tuolla puolen (valkoinen pyöreä rata).

© M. Weiss/Caltech

Tuntematon kappale pitää Aurinkokunnan tasapainossa

Kaukana Neptunuksen takana on niin sanottu Kuiperin vyöhyke, jossa kiertää satojatuhansia pikku kappaleita. Niiden kiertoratojen muoto selittyy parhaiten sillä, että jokin tuntematon iso kappale vaikuttaa niihin painovoimallaan.

Kuiperin vyöhykkeen kappaleilla

on soikeat radat (sin.), jonka kulkevat kaikki jokseenkin samaan suuntaan poispäin Auringosta.

Tuntematon isomassainen kappale,

jonka rata kulkee vastakkaiseen suuntaan (pun.) voi olla selitys, miksi pikku kappaleilla on samansuuntaiset radat.

Jos Kuiperin vyöhykkeellä on paljon Maata isompi planeetta, sen painovoima on voinut vuosimiljoonien aikana muokata pikku kappaleiden kiertoratoja samansuuntaisiksi.

Planeetta 9 olisi kuusi kertaa Maan kokoinen

Viisi viime vuotta Batygin ja Brown ovat käyttäneet laskemiensa hiomiseen. He ovat ottaneet mukaan analyysiinsä myös vastikään löydettyjä kohteita.

Elokuussa 2021 he laskivat, että Planeetta 9:n massan pitäisi olla noin kuusi kertaa niin suuri kuin Maan. Se olisi siis Aurinkokunnan viidenneksi suurin planeetta eli suurempi kuin kaikki neljä kiviplaneettaa yhteensä mutta hieman pienempi kuin jääjättiläinen Uranus.

Tutkijat laskivat myös, että Planeetta 9:n täytyy sijaita hyvin kaukana. Todennäköisesti sen etäisyys Auringosta on yli 300 kertaa niin suuri kuin Maan ja Auringon välimatka eli yli 45 miljardia kilometriä.

Todennäköisyyskartta

Tähtitietelijät ovat hahmotelleet, mistä päin tähtitaivasta mahdollista Planeetta 9:ää kannattaa etsiä. Suurin todennäköisyys on aaltoviivan punaisella alueella.

© Michael Brown & Konstantin Batygin/Lotte Fredslund

Niinkin kaukainen kiertolainen on silti mahdollista havaita. Yrityksistä huolimatta Planeetta 9:ää ei kuitenkaan ole saatu näkyviin.

Kolme mahdollista selitystä

Planeetta 9:n näkymättömyyteen on kolme mahdollista selitystä. Ensinnäkin voi olla, että sitä ei ole olemassa. Ehkä Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden yhteneväiset radat ovat sattumaa.

Sellaisen sattuman todennäköisyys on kuitenkin Batyginin ja Brownin laskelmien mukaan vain 0,4 prosenttia. Tosin muut tutkijat ovat huomauttaneet, että Kuiperin vyöhykkeellä voi olla iso joukko vielä tuntemattomia kappaleita, jotka vaikuttavat muiden kappaleiden kiertoratoihin.

Kun päästään tarkemmin jyvälle kaikista kappaleista, joita Aurinkokunnan laidalla kiertää, oudoille radoille löytyy ehkä selitys ilman yhdeksättä planeettaa.

Toinen mahdollinen selitys on se, että Planeetta 9 piileskelee sellaisessa pisteessä, johon ei vain ole vielä hoksattu suunnata teleskooppia.

Tulevassa Planeetta 9:n etsinnässä tähtitieteilijät luottavat etenkin tuliterään teleskooppiin, joka pian on valmiina Cerro Pachón -vuoren huipulla Chilessä. Uusi laite on Simonyi Survey -teleskooppi, joka sijoitetaan Vera C. Rubinin observatorioon.

Uuden teleskoopin peilin halkaisija 8,4 metriä, ja siinä on maailman suurin digitaalikamera, jonka kuvien tarkkuus on 3,2 gigapikseliä.

Vera C. Rubin -observatorio

Vera C. Rubin -observatorio on määrä valmistua vuonna 2022. Käyttövalmis sen pitäisi olla vuonna 2023.

© Rubin Observatory/NSF/AURA

Vera C. Rubin -observatorio on omiaan juuri Kuiperin vyöhykkeen kappaleiden ja tuntemattomien planeettojen etsintään, sillä sen on määrä tarkkailla tähtitaivasta automaattisesti taukoamatta seuraavat kymmenen vuotta.

Voi tosin käydä niinkin, että Vera C. Rubin löytää jotain aivan muuta kuin planeetan. Kolmas mahdollinen selitys on nimittäin se, että Planeetta 9 onkin musta aukko.

Idean mustasta aukosta esittivät vuonna 2020 brittifyysikko Jakub Scholtz ja yhdysvaltalainen James Unwin. Se selittäisi, miksi kappaletta ei ole nähty. Mustien aukkojen painovoima on niin suuri, että edes valo ei pääse niistä ulos.

Jos Planeetta 9 on musta aukko, se on greipin kokoinen.

Musta aukko on äärimmäinen tiheä kappale, jossa aine on keskittynyt hyvin pieneen tilaan. Siksi musta aukko, jonka massa on kuusi kertaa Maan massa, ei olisi kovinkaan iso. Sen halkaisija olisi noin 11 senttiä, eli se olisi pienen greipin kokoinen.

Pienet mustat aukot ovat vanhoja

Teoria greipin kokoisesta mustasta aukosta on sikäli ongelmallinen, että niin pieniä mustia aukkoja ei ehkä ole olemassa.

Nykyään tunnetaan vain kahdentyyppisiä mustia aukkoja. Useimmat mustat aukot syntyvät, kun iso tähti palaa loppuun ja romahtaa. Tällaisten mustien aukkojen massa on 3–65 kertaa Auringon massa.

Toisen tyypin muodostavat supermassiiviset mustat aukot, joita on galaksien ytimessä ja joiden massa on miljoonia tai miljardeja kertoja tavallisen tähden massa.

Nykykäsityksen mukaan pieniä mustia aukkoja, joiden massa on saman suuruinen kuin planeettojen, ei voi enää syntyä. Jos niitä on olemassa, niiden on täytynyt syntyä maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin aikana, jolloin maailmankaikkeus oli hyvin pieni ja tiheä.

On epävarmaa, onko näitä niin sanottuja alkuperäisiä mustia aukkojaa olemassa, mutta jos Planeetta 9 on musta aukko, sen täytyy olla tätä tyyppiä.

Musta aukko voi nielaista komeetan

Pieni musta aukko, joista ei lähde säteilyä, on äärimmäisen vaikea havaittava, mutta se ei ole mahdotonta. Jos komeetta sattuisi kulkemaan liian läheltä mustaa aukkoa, tämän painovoima repisi sen kappaleiksi ja samalla, kun komeetan kappaleet syöksyisivät mustaan aukkoon, ne kuumenisivat rajusti ja loistaisivat lyhyenä valonpilkahduksena.

Äkillinen valoilmiö näkyisi Maassakin ainakin Vera C. Rubinin teleskoopissa.

Jos mustan aukon halkaisia on 11 senttiä, sen löytäminen avaruudesta on vaikeaa, mutta ei välttämättä mahdotonta. Jos lähelle osuisi komeetta ja mustan aukon painovoima repisi sen kappaleksi, syntyisi paljastava valonpilkahdus.

Komeetta
© Shutterstock

Komeetta osuu liian lähelle mustaa aukkoa

Kaukana Aurinkokunnan laidalla on Oortin pilvi, jossa kiertää miljardeja pieniä jäisiä kappaleita. Välillä niitä eksyy sisemmälle Aurinkokuntaan. Niitä sanotaan komeetoiksi. Jokin niistä voi ajautua Kuiperin vyöhykkeen mustaan aukkoon.

Komeetta
© M. Weiss/Caltech/Shutterstock

Komeetta hajoaa ja leimahtaa

Jos komeetta osuu lähelle mustaa aukkoa, mustan aukon painovoima repii sen kappaleiksi ja imee kappaleet aukon sisälle. Syöksyessään mustaan aukkoon komeetan kappaleet kuumenevat niin, että niistä loistaa kirkasta valoa.

Avaruusasema
© Todd Mason, Mason Productions Inc./LSST Corp.

Teleskooppi näkee valonleimahduksen

Kun Simonyi Survey -teleskooppi Chilessä on valmis, tähtitieteilijöillä on mahdollisuus nähdä valon kajastus mustasta aukosta, joka ahmii komeettaa. Yhdysvaltalaisen Harvardin yliopiston tähtitieteilijöiden laskelmien mukaan ilmiö voisi tapahtua pari kertaa vuodessa.

Jos Aurinkokunnasta todella löytyisi pieni alkuperäinen musta aukko, se olisi melkoinen sensaatio. Uutisarvoa nostaisi vielä se, että jotkut tutkijat uskovat, että näkymätön pimeä aine, jota on arviolta 85 prosenttia kaikesta maailmankaikkeuden aineesta, voi koostua juuri tämanlaisista mustista aukoista.

Musta aukko niin lähellä Maata avaisi tutkimukselle aivan uusia ulottuvuuksia. Tutkijoiden mielissä siintää jo mahdollisuus lähettää luotain kiertämään mustaa aukkoa. Tosin sen matka kestäisi kymmeniä vuosia, mutta odotus palkittaisiin ensi käden tiedoilla mustasta aukosta.

Jos niin pitkälle päästäisiin, Aurinkokunnan oma musta aukko olisi tutkijoille ainutlaatuinen laboratorio. Siellä voitaisiin muun muassa tutkia, pitääkö Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria, joka on tähän asti paras selitys painovoimasta, paikkansa myös ääriolosuhteissa vai tarvitaanko uusi parempi teoria.

Ensin täytyy vain selvittää, onko musta aukko olemassa.