Alkuräjähdys kumisee vieläkin maailmankaikkeudessa. Kun kaasu-ja pölypilvet luhistuvat oman painovoimansa johdosta, syntyy niitä pätsejä, jotka tunnetaan tähtinä. Niiden ympärille muodostuu tähteistä planeettoja.
Valtavassa kierteessä painovoima vetää kokoon suurta tähdistä, planeetoista sekä jäljellä olevasta kaasusta ja pölystä koostuvaa pilveä. Monet pienemmät pilvet yhdistyvät siihen miljardien vuosien kuluessa, ja kierteen keskelle kehittyy kuhmu. Linnunrata on syntynyt.
Kuvaus on vastannut useimpien tähtitieteilijöiden käsitystä kotigalaksimme lapsuudesta, mutta heidän järkytyksekseen vasta vähän aikaa tunnetut pallomaisiksi tähtijoukoiksi kutsutut ikivanhat tähtiryhmät ovat paljastaneet kehityskulun paljon rajummaksi ja yllättävämmäksi.
Monet tähtiä, planeettoja, kaasua ja pölyä sisältävät galaksit ovat kasautuneet mieletöntä vauhtia, ja Linnunrata on syntynyt hurjassa menossa päinvastaisessa järjestyksessä kuin on luultu: keskiosan kuhmu on kehittynyt ensin.
Uudet tähtilöydöt saattavat auttaa tähtitieteilijöitä jopa määrittämään elämän todennäköisyyden muilla planeetoilla.
Yhdestä galaksista biljooniksi
Aurinko on vain yksi tähti niiden satojen miljardien joukossa, jotka yhdessä kaasun ja pölyn kanssa muodostavat Linnunradan. Kotigalaksimme kiertää muita niin sanotun galaksijoukon galakseja.
Galaksijoukot taas kuuluvat superjoukkoihin, jotka ovat maailmankaikkeuden suurimpia rakenteita.
Uusien laskelmien mukaan havaittavan universumin kaikkiaan noin kymmenessä miljoonassa superjoukossa on kaksi biljoonaa galaksia, mutta ei tarvitse mennä kovin paljon ajassa taaksepäin, kun tutkijoiden arvio lukumäärästä oli tasan yksi.
Vielä noin sata vuotta sitten oletettiin, että maailmankaikkeus on yhtä kuin kotigalaksimme Linnunrata. Asiantuntijat uskoivat tähtien, planeettojen, pölyn ja kaasun kertyneen galaksissa niin sanotuiksi tähtisumuiksi.
Edwin Hubble löysi kuitenkin vuonna 1923 tähtisumuja Linnunradan ulkopuolelta ja todisti näin, että kaikkeudessa on muitakin galakseja kuin Linnunrata.
Heti perään tähtitieteilijät alkoivat selvittää, kuinka lukuisat galaksit ovat syntyneet ja miksi ne näyttävät erilaisilta. Vuoden 1923 jälkeen on yritetty ratkaista galaksien syntymää ja kehitystä koskeva arvoitus tutkimalla kaikkein vanhimpia galakseja.
Kierteet ovat kaikkeuden villikoita
Tähtiä syntyy eniten Linnunradan kaltaisissa kierteisgalakseissa, jotka ovat epävakaampia kuin muut galaksityypit. Galaksit jaetaan kolmeen ryhmään Hubblen luokittelun mukaan.
Kierteisgalaksit
Näiden galaksien kierteishaaroissa on paljon kaasua ja pölyä. Uusia tähtiä voi muodostua, ja kierteisgalaksit ovatkin dynaamisia.
Epäsäännölliset galaksit
Nämä muodoltaan epämääräiset galaksit kiertävät usein isompia galakseja. Niissä on vähemmän tähtiä kuin muunlaisissa galakseissa.
Elliptiset galaksit
Soikean pallon muotoisten galaksien joukosta löytyvät mittavimmat tunnetut galaksit. Monet niiden tähdistä ovat hyvin vanhoja.
Valo kertoo galaksien nuoruudesta
Melkein koko tähtitiede perustuu valon vastaanottamiseen teleskoopeilla ja valon alkuperän analysoimiseen. Tai pikemminkin siihen, kuinka kaukaa valo tulee.
Valo etenee 299 792 458 metriä sekunnissa, mutta kaikkeus on niin suuri, että etäisten galaksien valo on viipynyt matkallaan kohti Maata miljardeja vuosia.
Menneisyys paljastuu
SPT0615-JD kuuluu vanhimpiin tunnettuihin galakseihin. Siitä tuleva valo on lähtöisin 13,3 miljardin vuoden takaa, jolloin maailmankaikkeus oli ollut olemassa vasta 500 miljoonaa vuotta.
Mitä kauemmaksi universumiin katsotaan, sitä pitemmälle ajassa mennään taaksepäin.
Vanhimmat tunnetut galaksit ovat syntyneet joitakin satoja miljoonia vuosia alkuräjähdyksen jälkeen.
Ensimmäiset galaksit olivat pieniä, mutta monet niistä galakseista, jotka tutkijat näkevät lähiympäristössä, ovat paljon suurempia.
Galaksien on siis täytynyt kasvaa ajan mittaan.
Kaukaiset galaksit ovat punaisia - lähellä olevat galaksit sinisiä
Mitä kauempana galaksit ovat, sitä nopeammin ne loittonevat meistä, koska maailmankaikkeus laajenee. Siksi etääntyvien galaksien valo "venyy" pitemmiksi aallonpituuksiksi. Pitkät aallonpituudet ovat punaisia, joten valo muuttuu punaiseksi.
Lähestyvän galaksin valo "painuu" lyhyemmiksi aallonpituuksiksi ja muuttuu siniseksi. Puhutaan sinisiirtymästä. Samankaltaisen ilmiön takia sireenin ääni kuulostaa korkeammalta, kun ambulanssi lähestyy, ja matalammalta, kun se loittonee.
Galakseja on monenmuotoisia. Esimerkiksi Linnunrata on kierteisgalaksi, jossa muodostuu jatkuvasti uusia tähtiä – keskimäärin seitsemän vuodessa.
Tähtiä syntyy kaasu- ja pölypilvien tiivistyessä tiheiksi palloiksi. Elliptisiin galakseihin ei sen sijaan juuri kehity lisää tähtiä, koska ne eivät sisällä niin paljon kaasua ja pölyä.
Kolarit luovat ominaispiirteet
Linnunrata muistuttaa paistettua kananmunaa keskikuhmuineen (keltuainen) ja laajoine litteine reunoineen (valkuainen).
Oma aurinkokuntamme, jonka keskustähti on Aurinko, sijaittuu suunnilleen erään kierteishaaran puoliväliin.
Keskellä galaksia tähtiä on paljon tiheämmässä, ja keskustassa sijaitsee supermassiivinen musta aukko, Sagittarius A*, jonka massa on yli neljä miljoonaa Auringon massaa.
Aurinkokunta kiertää sen noin 250 miljoonassa vuodessa. Vaikka kaikki nämä ominaisuudet tunnetaan, tutkijoilta puuttuu yhä vastaus kysymykseen, kuinka Linnunradasta on tullut tällainen.
Aurinkokunnan kierros Linnunradan keskustan ympäri kestää 250 miljoonaa vuotta.
Osaselitys Linnunradan muodolle näyttää nykytiedon valossa olevan galaksien väliset yhteentörmäykset. Vuoden 2019 alussa LOFAR- eli Low-Frequency Array -radioteleskooppiverkosto löysi 300 000 kaukaista galaksia ja paljasti, että monet niistä olivat törmäämässä yhteen ja sulautumassa suuremmiksi.
Tutkijat olettavat Linnunradan kasvaneen samalla tavalla ja yrittävät vastaanottamalla radioaaltoja kaukaa kaikkeudesta selvittää, ovatko galaksit nuoresta pitäen erilaisia.
Erot voivat tarkoittaa sitä, että yhteentörmäyksissä muodostuvat isot galaksit myös kehittyvät eri tavoin. Lisäksi pienten nuorten galaksien eroavaisuudet saattavat selittää tähdistöjen valtavan moninaisuuden – ja jopa Linnunradan elämän vaiheet.
Andromeda lähestyy nopeasti
Nykyään Andromeda juuri ja juuri nähdään paljain silmin, mutta muutaman miljardin vuoden kuluttua se on niin lähellä, että se täyttää suuren osan yötaivaasta.
Galaksit koskettavat toisiaan
Andromedan ja Linnunradan kaasut törmäävät toisiinsa sillä seurauksella, että vety puristuu kokoon. Siksi uusia tähtiä alkaa muodostua.
Kaasukolari luo paljon tähtiä
Kummankin galaksin painovoima on tiivistänyt kaasupilviä lisää, ja tähtiä syntyy huippuvauhtia. Tulokkaat eivät loista vanhojen tavoin punaisina vaan sinisinä.
Galaksit kietoutuvat yhteen
Liikemääränsä vuoksi galaksit ohittavat ensin lyhyesti toisensa, mutta pian painovoima pakottaa ne vastakkain. Galaksit venyvät ja vääntyvät prosessin aikana.
Kaasu loppuu, galaksit yhtyvät
Tähtien muodostuminen on melkein tyhjentänyt galaksit kaasusta. Suuret liikkeet ovat lakanneet, ja tähdet ja planeetat kasautuvat hitaasti.
”Linnunmeda” kuolee
Galaksien aineesta on muodostunut yksi ainoa galaksi, "Linnunmeda". Koska tähtiä ei synny enää lisää, galaksi on kuollut tähtitieteellisessä mielessä.
Metallit paljastavat galaksin iän
Linnunradan arvoitusta ei kyetä ratkaisemaan vain tutkimalla pieniä galakseja. Tutkijat voivat joutua ”vain” toteamaan, että Linnunrata on todennäköisesti syntynyt galaksikolarien tuloksena, pystymättä tarkentamaan asiaa.
Jotta kotigalaksimme koko tarina voitaisiin kertoa galaksien yhteentörmäysten määrästä niiden tapahtuma-aikoihin ja -tapoihin, pitää määrittää, kuinka vanhoja Linnunradan eri osat ovat.
Kun galaksin ikää tutkitaan, lähtökohtana on eri tähtien syntymäaika. Se taas selviää tähden alkuainejakaumasta.
Tähdet koostuvat enimmäkseen vedystä ja heliumista, mutta kehityksen aikana niiden sisällä syntyy raskaampia alkuaineita, metalleja. Kun tähti kuolee, raskaammat alkuaineet leviävät avaruuteen ja päätyvät uusiin tähtiin.
Ensimmäisten tähtien ulkoosasta puuttuivat raskaat alkuaineet, mutta seuraavalla tähtisukupolvella oli hieman metallia pintakerroksessaan. Siihen kuuluvia tähtiä kutsutaan vähämetallisiksi.
Ajan mittaan raskaampien alkuaineiden määrä kasvoi kasvamistaan. Uusimmat tähdet, kuten Aurinko, ovat runsasmetallisia.
Jos vähämetallisia tähtiä on paljon, kyse on galaksin vanhasta osasta. Päinvastaisessa tapauksessa galaksin osa on nuori.
Tähtijoukot ovat eläviä fossiileja
Monet tunnetuista vähämetallisista tähdistä sijaitsevat niin sanotuissa pallomaisissa tähtijoukoissa. Ne ovat pysyviä pyöreitä tähtien kasaumia, joita pitää koossa painovoima.
Koska vähämetalliset tähdet ovat hyvin vanhoja, ainakin osan pallomaisista tähtijoukoista katsotaan kuuluvan maailmankaikkeuden vanhimpiin rakenteisiin.
Tähtien välisten siteiden vuoksi pallomaiset tähtijoukot ovat arvokkaita galaksitutkimuksen tietolähteitä. Ryhmän tähdet ovat syntyneet samaan aikaan, mutta niillä on eri massa.
Sen ansiosta on voitu selvittää, kuinka tähden kehitys riippuu sen koosta.
Superteleskooppi etsii vanhimpia galakseja
Uudella jättiteleskoopilla voidaan nähdä paljon etäisempiä galakseja kuin nykyvälineillä. Koska valo on viipynyt matkalla kauemmin, galaksit näyttäytyvät varhaisemmassa kehitysvaiheessa. Siksi kaikkeuden vanhimmat galaksit paljastuvat.
ELT-niminen teleskooppi näkee pitemmälle kaikkeuteen sen ansiosta, että läpimitaltaan 39-metrisenä se voi ottaa vastaan paljon heikompaa valoa kuin edeltäjänsä.
Lisäksi ELT:n erotuskyky on niin hyvä, että sillä saadaan erittäin tarkkoja kuvia. Suunnitelmien mukaan teleskooppi otetaan tutkimuskäyttöön vuonna 2025.
Pienet tähdet loistavat punaisina heikosti, kun taas suuret tähdet loistavat sinisinä voimakkaasti. Pienet punaiset tähdet elävät pisimpään, ehkä biljoonia vuosia.
Maailmankaikkeus ei ole vielä niin vanha, että pieni punainen tähti olisi ehtinyt kuolla. Punaiset pallomaiset tähtijoukot ovat siis vanhaa perua, koska siniset tähdet ovat kuolleet miljardeja vuosia sitten.
Samalla kun löydetään punatähtisiä pallomaisia tähtijoukkoja, on paikannettu galaksin vanhimmat osat ja voidaan päätellä, onko esimerkiksi keskustan kuhmu syntynyt ennen sitä ympäröivää kiekkoa.
Tästä syystä pallomaisia tähtijoukkoja pidetään galaksien muodostumisesta säilyneinä universumin elävinä fossiileina.
Nykyään tunnetaan yli 150 Linnunradan pallomaista tähtijoukkoa ja tiedetään, että osa Linnunradasta muodostui, kun alkuräjähdyksen jälkeen kaasu- ja pölypilvet luhistuivat painovoiman vaikutuksesta.
Kaikki tunnetut pallomaiset tähtijoukot eivät kierrä galaksin keskusta samaa vauhtia ja samassa kulmassa.
Kiekkoa seuraavat ryhmät ovat syntyneet samaan aikaan Linnunradan kanssa, mutta muut ovat muodostuneet siihen myöhemmin. Vielä ei tiedetä, mitkä galaksin osat kehittyivät ensin.
Pallomainen tähtijoukko M80 sijaitsee Aurinkokunnan ja Linnunradan keskustan välissä. M80 on tiheimpiä tunnettuja pallomaisia tähtijoukkoja.
Tähtiryhmät paljastavat, onko galaksi ollut kaoottinen
Pallomaiset tähtijoukot ovat nimensä mukaisesti tähtien pallomaisia keskittymiä, jotka painovoima pitää koossa.
Muoto säilyy alusta loppuun asti, joten on mahdollista, että osa pallomaisista tähtijoukoista on kaikkeuden vanhimpia tähtiryhmiä. Linnunradasta on paikannettu noin 150 pallomaista tähtijoukkoa ja naapurigalaksista Andromedasta 500. Eniten pallomaisia tähtijoukkoja on löydetty kierteisgalaksi M87:stä – peräti 10 000.
Pallomaisten tähtijoukkojen liikkeen avulla voidaan määrittää galaksin koko siinä vaiheessa, kun ne alkoivat kiertää. Mitä pienempi galaksi on ollut, sitä enemmän tähtijoukot ovat voineet vaikuttaa siihen. Lisäksi pallomaisten tähtijoukkojen suunta ja nopeus paljastavat, kuuluvatko galaksin menneisyyteen yhteentörmäykset.
Jos niitä on ollut paljon, tähtijoukot liikkuvat kaoottisesti, mutta jos kehitys on ollut rauhallista, tähtijoukot seuraavat hyvin todennäköisesti galaksin muiden osien kiertoliikettä.
Tähtien mukaan kuhmu tuli ensin
Astronomi Denilso Camargon jokin aika sitten julkaisemat kuvat viidestä vasta löydetystä pallomaisesta tähtijoukosta herättivät suurta huomiota. Ryhmät sijaitsevat lähellä Linnunradan keskustan kuhmua, ja niiden 12,5–13,5 miljardin vuoden ikä tarkoittaa, että kaikki tähdet ovat vähämetallisia.
Löytö on sikäli yllättävä, että yleensä tällaiset pallomaiset tähtijoukot löytyvät huomattavasti kauempaa Linnunradan keskustasta.
Keskellä Linnunrataa sijaitsevat vähämetallisten tähtien ryhmät antavat ymmärtää, että keskikuhmu on syntynyt ennen kierteishaaroja. Koska kuhmu muistuttaa pientä elliptistä galaksia, pidetään mahdollisena, että Linnunrata aloitti kehityksensä toisenlaisesta muodosta.
Seuraava kysymys kuuluukin, kuinka elliptinen galaksi muodostui.
Vasta löydettyjen pallomaisten tähtijoukkojen liike viittaa siihen, että lukuisat galaksien yhteentörmäykset synnyttivät ”Vauvalinnunradan”, joka vähitellen sai kierteishaaroja ja kasvoi Linnunradaksi käsitettäväksi galaksiksi.
Teoria sopii huonosti vallitsevaan käsitykseen, jonka mukaan Linnunradan ulko-osa on tulosta pienten galaksien sulautumisesta toisiinsa ja kuhmu on alkuperältään myöhäisempi.
Elävä Maa on ehkä tullut perässä
Uudet löydöt vihjaavat siis Linnunradan luultua kaoottisemmasta menneisyydestä. Galaksien kehityksessä ei ole kyse vain tavasta, jolla tähdet ja suuret rakenteet syntyvät. Myös elämän edellytykset ovat sen olennainen osa.
Sinne, missä syntyy tähtiä, muodostuu planeettoja, ja vasta löydetyt pallomaiset tähtijoukot osoittavat tähtiä syntyneen tiuhaan tahtiin miljardeja vuosia sitten. Niinpä voidaan olettaa, että samoihin aikoihin muodostui runsaasti planeettoja.
Kun kiertolaisia on paljon, todennäköisyys, että niiden joukossa on Maan kaltaisia planeettoja, kasvaa.
Jos elämää syntyy heti, kun olosuhteet suosivat sitä, maapallo tuskin on ollut ensimmäinen elävä planeetta.
Uppoudu tähtitieteilijöiden galaksitutkimukseen
LOFAR on valtava antennijärjestelmä, jolla analysoidaan avaruudesta tulevia radioaaltoja. Lue lisää hankkeesta täältä: http://www.lofar.org/