Astrofyysikko: Avaruusoliot voivat saada tähdet katoamaan

”Etsimme selitystä mahdottomalle – sille, että tähdet katoavat. Se johtaa uudenlaisen fysiikan äärelle tai älykkäiden avaruusolentojen jäljille,” sanoo hankkeen johtaja astrofyysikko Beatriz Villarroel Pohjoismaisesta teoreettisen fysiikan instituutista.

Kaikki, mitä tutkijat tietävät tähdistä, puhuu sitä vastaan, että ne voisivat kadota jäljettömiin. Jos esimerkiksi Aurinko yhtäkkiä katoaisi taivaalta, ilmiölle voisi olla vain kaksi selitystä: jokin tuntematon luonnonvoima hävitti Auringon tai jotkut älylliset olennot jollakin tavalla peittivät sen näkyvistä.

Kuolleetkin tähdet loistavat

Muinoin tähtiä pidettiin ikuisina ja muuttumattomina, mutta nykyään tiedetään, että tähdilläkin on oma elinkaarensa. Tähdet tosin ovat hyvin pitkäikäisiä, ja kuoltuaankin ne loistavat kirkkaana pitkän aikaa.

Auringon kaltaiset tähdet loistavat vakaina kymmenen miljardia vuotta. Sitten ne paisuvat punaisiksi jättiläistähdiksi ja loistavat vielä muutaman miljardi vuotta. Lopulta niiden uloimmat osat hajoavat avaruuteen loistavaksi kaasupilveksi ja niiden ydin kutistuu valkoiseksi kääpiöksi.

Valkoinen kääpiö on siinä mielessä kuollut, että sen ytimessä ei enää tapahdu fuusioreaktiota. Se on silti niin kuuma, että siitä lähtee heikkoa valkoista valoa ja infrapunasäteilyä. Auringon kaltainen tähti loistaa siis kuolleenakin.

Suurin osa Linnunradan tavallisista tähdistä on punaisia kääpiöitä, joiden odotettavissa oleva elinikä on pidempi kuin maailmankaikkeuden tähänastinen historia. On siis epätodennäköistä, että ehdimme nähdä niiden sammuvan taivaalta.

Tähden kuolema on niin näkyvä tapahtuma, että on oikeastaan ymmärrettävää, että moni kollega suhtautui epäillen Beatriz Villarroelsin kadonneiden tähtien etsintähankkeeseen. Siitä huolimatta hän käynnisti hankkeen ollessaan vielä tohtorikoulutettava.

Aluksi Villarroel sai avukseen kaksi opiskelijaa. Heidän kanssaan hän tutki päivät päästään yhdysvaltalaisen Samuel Oschin -teleskoopin ottamia valokuvia vuosilta 1950-1966. Ensin he vertasivat kuvia samalla teleskoopilla vuosina 1977-1999 otettuihin kuviin ja sitten Sloan Digital Sky Survey -tutkimuksen tuloksiin, joissa on paljon enemmän tähtiä.

Kolmikko oli nuori ja innokas, ja – kuten Villarroel asian ilmaisee – onneksi paikalla ei ollut vanhempia tutkijoita latistamassa heidän intoaan.

Myöhemmin VASCO-hankkeeseen on liittynyt lisää tutkijoita, ja muutama vuosi sitten siihen otettiin mukaan Havaijilla toimivan Haleakalā-teleskoopin Pan-STARRS-kartoituksen (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) tiedot.

Vuonna 2019 julkaistussa artikkelissaan VASCO-tutkijat totesivat, että vanhoissa kuvissa on kaikkiaan 100 kohdetta, joita ei enää ole näkyvissä tähtitaivaalla.

Ruotsalaistutkijat aikovat seuravaksi etsiä kadonneita kohteita yksitellen uusilla entistä tehokkaammilla teleskoopeilla, jotka näkevät tuhansia kertoja kauemmas kuin Samuel Oschin. Tavoitteena on löytää kaukaisia tähtiä, jotka ovat aikoinaan leimahtaneet ja synnyttäneet vanhoihin valokuviin tallentuneet valopilkut.

Yhdeksän valopilkkua vailla selitystä

Beatriz Villarroel arvelee, että monet muuttuvista valopilkuista ovat kaukaisia punaisia kääpiötähtiä, jotka rajujen magneettisten oikosulkujen seurauksena leimahtivat hetkeksi satoja kertoja normaalia kirkkaammiksi.

Selitys ei kuitenkaan päde yhdeksään kadonneeseen valopilkkuun. Nature-tiedelehdessä vuonna 2021 julkaistussa artikkelissa Villarroel kollegoineen huomauttaa, että 12. huhtikuuta 1950 kuvatut pilkut eivät ole tarpeeksi punaisia ollakseen punaisia kääpiöitä.

Tutkijat aloittivat työnsä sulkemalla pois selityksiä yksi toisensa jälkeen. Ensin käytiin läpi kaikkein arkisimmat: valonpilkut eivät johtuneet valokuvalevyille roiskuneesta syljestä eivätkä siitä, että levyt olisi vahingossa käytetty kahteen kertaan.

Tähtitiedekään ei tähän mennessä ole löytänyt selitystä. Tutkijat ovat tiirailleet taivasta La Palmassa Kanariansaarilla toimivalla Gran Telescopio Canarias -teleskoopilla, jonka peilin halkaisija on 10,4 metriä. Se näkee paljon kauemmas kuin Samuel Oschin -teleskooppi 1950-luvulla, mutta sekään ei ole löytänyt valonlähteitä, jotka selittäisivät yhdeksän kadonnutta valopilkkua.

Myös iso joukko tähtitieteellisiä ilmiöitä on suljettu pois. Kyseessä ei voi olla kaukaisen galaksin gamma- tai radiosäteilypurkauksen jälkihehku. Ensinnäkin säteilypurkauksia olisi todennäköisesti esiintynyt uudestaan 1950-luvun jälkeen. Toisekseen oudot valopilkut ovat liian lähellä toisiaan.

Gamma- tai radiosäteilypurkaus leimahtaa keskimäärin 1,63 kertaa vuorokaudessa ja näkyy taivaalla neljännesasteen alueella. Kuvatut yhdeksän samanaikaista valopilkkua näkyivät puolen tunnin kuluessa 10 x 10 kaariminuutin kokoisella alueella. Yhdessä asteessa on 60 kaariminuuttia.

Myöskään heijastumat satelliiteista tai avaruusromusta eivät tule kyseeseen, koska ensimmäiset satelliitit lähetettiin avaruuteen vasta seitsemän vuotta myöhemmin.

Tähti muuttuu mustaksi aukoksi

VASCO-tutkijat ovat kiinnostuneita kaikista kohteista, jotka katoavat taivaalta selittämättömällä tavalla. Vuonna 1950 kuvatut yhdeksän valopilkkua olivat hetkellisiä ilmiöitä. Kaikkein mieluiten Beatriz Villarroel löytäisi tähden, jonka tiedetään loistaneen muinaisista ajoista lähtien ja joka yhtenä päivänä yhtäkkiä häviää.

Tunnettuihin fysiikan lakeihin mahtuu vain yksi selitys tähden katoamiselle. Se on niin sanottu epäonnistunut supernova.

Normaalisti supernovaräjähdykset kuuluvat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin ilmiöihin. Osa supernovista syntyy, kun iso eli yli kahdeksan kertaa Auringon kokoinen tähti päättää päivänsä räjähtämällä. Silloin tähden sisäosat romahtavat ja ne puristuvat neutronitähdeksi tai mustaksi aukoksi. Tähden uloimmat osat taas paiskautuvat avaruuteen räjähdyksessä, joka näkyy miljoonien valovuosien päähän.

Kun kyse on 18-25 kertaa Auringon kokoisista jättiläistähdistä, tähti voi teoriassa romahtaa täydellisesti niin, että koko sen massa tiivistyy mustaksi aukoksi.

Tällainen epäonnistunut supernova tuottaa vain vähän tai ei lainkaan valoa. Tähti siis näyttää katoavan jäljettömiin.

Epäonnistunut supernova voi selittää osan sadasta kadonneesta tähdestä, jotka VASCO-tutkijat ovat havainneet, mutta ei niitä yhdeksää, jotka kuvattiin 12. huhtikuuta 1950. On epätodennäköistä, että niin pienellä alueella olisi samaan aikaan kuollut yhdeksän jättiläistähteä.

Huhtikuun 1950 yhdeksän valopilkkua ovat yhä vailla selitystä. Niiden tapaus on niin outo, että joistakuista edes ajatus, että Maan ulkopuolisilla sivilisaatioilla olisi osuutta asiaan, ei tunnu liian kaukaa haetulta.

Maailmankaikkeudessa on arviolta miljardi asuinkelpoista planeettaa. On siis hyvin todennäköistä, että joillakin niistä on älykkäitä asukkaita. Kun maailmankaikkeus on kolme kertaa niin vanha kuin maapallo, jonnekin on voinut ehtiä kehittyä sivilisaatio, joka on teknologialtaan paljon edistyneempi kuin ihmiskunta. Ehkä valonpilkahdukset ovat peräisin sieltä.

Avaruusolennot panevat tähdet pakettiin

1950-luvulta asti Maan ulkopuolista elämää on etsitty kuulostelemalla radiosignaaleja avaruudesta. Muuta keinoa ei silloin tunnettu. Viestejä ei ole kuulunut. Kadonneita tähtiä etsiessään Beatriz Villarroel on ehkä aloittanut uuden vaiheen elämän etsinnässä. Ehkä valopilkut eivät olleetkaan tähtiä.

Teoriassa olisi mahdollista, että avaruusolennot viestisivät toisilleen galaksista toiseen lasersignaaleilla, jotka näyttäisivät taivaalla samalta kuin tähdet. Tai Aurinkokunnassa oli juuri 12. huhtikuuta 1950 käymässä vieraita jättimäisillä avaruusaluksilla, joista heijastuva valo tallentui tähden kaltaisina pisteitä Samuel Oschin -teleskoopin valokuvalevyille.

Vuonna 1960 brittiläinen fyysikko Freeman Dyson esitteli vielä hurjemman vision avaruusolentojen teknisistä kyvyistä. Hän oletti, että kehittynyt sivilisaatio ennen pitkää joutuu energiapulaan planeetallaan ja joutuu ottamaan käyttöön kaiken tähtensä säteilyenergian.

Dyson esitti, että sivilisaatio vähitellen ympäröisi tähtensä kehällä kiertäviä voimalaitoksia, jotka lopulta peittäisivät tähden lähes kokonaan. Tällaista rakennetta on alettu kutsua Dysonin kehäksi. VASCO-hankkeen etsimät kadonneet valopilkut voisivat olla tähtiä, jotka on pimennetty Dysonin kehällä.

Neuvostoliittolainen fyysikko Nikolai Kardashev vei Dysonin vision askelen pidemmälle. Hän esitti, että vieraat sivilisaatiot voivat valjastaa energianlähteekseen kokonaisen galaksin.

Musta aukko voimalaitoksena

Äskettäin taiwanilaisen astrofyysikko Tiger Hsiao toi esiin mahdollisuuden, että kehittynyt sivilisaatio voisi käyttää energianlähteenään myös aktiivista mustaa aukkoa. Musta aukko imee itseensä kaasua ympäriltään, ja aukkoon syöksyvä kuuma kaasukierre tuottaa valtavasti lämpöä ja säteilyenergiaa.

Hsiao on laskenut, että supermassiivisen mustan aukon ympärille rakennettu Dysonin kehä voisi tuottaa yhtä paljon energiaa kuin 100 miljardia tähteä. Koska musta aukko hyvin tiivis, sen ympäröiminen Dysonin kehällä voi olla helpompaa kuin tavallisen tähden.

”Jos minä olisin avaruusolento ja pystyisin valjastamaan galaksin energianlähteeksi, en rakentaisi Dysonin kehiä joka tähden ympärille vaan valitsisin suoraan aktiivisen supermassiivisen mustan aukon”, Beatriz Villarroel sanoo.

Kadonneiden tähtien etsinnän näkökulmasta Hsiaon visio on kiinnostava. On nimittäin havaittu, että supermassiivisten mustien aukkojen ympärillä olevien kaasupilvien tuottama säteily voi vaihdella rajusti vuosien tai vuosikymmenen kuluessa.

Nopeita säteilymäärän vaihteluita on niin vaikea selittää, että osa tutkijoista ei pidä mahdottomana, että kehittyneillä vierailla sivilisaatioilla olisi osuutensa asiassa.

Sinä voit auttaa

Nykyään tähtitaivasta tutkitaan kiivaammin kuin koskaan. Teleskoopit kartoittavat tähtiä sekä omassa kotigalaksissamme eli Linnunradassa että muissa galakseissa, jotka voivat olla miljardien valovuosien päässä Maasta. Niiden havainnoista toivotaan löytyvän selitys sille, että tähdet, mustat aukot tai kokonaiset galaksit häviävät näkyvistä.

Matkassa on kuitenkin mutka. Teleskoopit tuottavat niin valtavan määrän tietoa, että VASCO-tutkijat eivät ehdi käsitellä sitä. Ongelmaa yritetään ratkaista kahdella tavalla.

Ruotsalaistutkijat ovat avanneet VASCO-hankkeelle verkkosivun, jossa tähtitieteen harrastajat voivat auttaa vertaamaan vanhoja tähtikarttoja uusiin havaintoihin. Tähän mennessä VASCO-tutkijat ovat saaneet 120 000 ilmoitusta poikkeamista.

Beatriz Villarroel on erityisen iloinen siitä, että monet hankkeen vapaaehtoiset ovat nuoria ihmisiä Afrikan maista, joissa ei ole käytettävissä uudenaikaisia teleskooppeja. Tähtikarttojen vertailuun riittää kännykkä.

Villarroelin ryhmä tekee myös yhteistyötä Uppsalan yliopiston matemaatikon Kristiaan Pelckmansin kanssa. Pelckmans kehittää tekoälyohjelmia, jotka oppivat vertailemaan eri aikakausina laadittuja tähtikarttoja ja osoittamaan niistä eroavaisuudet.

Vaikka nykytekniikalla voidaan kartoittaa avaruutta paljon entistä tarkemmin, Samuel Oschin -teleskoopin vanhat tähtikartat ovat edelleen mittaamattoman arvokkaita. Niistä nähdään, miten tähtitaivas on muuttunut 70 vuodessa. Se ei kuitenkaan ole niiden ainoa ansio.

”Vastaavia tähtikarttoja ei voisi tehdä nykyaikana, koska Maan lähiavaruus on täynnä häiritsevää valoa tuottavia satelliitteja ja avaruusromua. Samuel Oschin -teleskooppi sai tarkkailla alkuperäistä taivasta ilman valosaastetta. Siksi vanhat kuvat ovat ainutlaatuisia”, Beatriz Villarroel sanoo.

Villarroel aikoo vielä kerran varmistaa, että Samuel Oschinin yhdeksän selittämätöntä valopilkkua eivät johdu jostakin oudosta valokuvalevyjen vauriosta, jota kukaan ei ole tullut ajatelleeksi. Jos sellaista ei löydy, hän on valmis tosissaan tutkimaan vaihtoehtoa, että Aurinkokunnassa 12. huhtikuuta 1950 nähtiin vieraita avaruudesta.