Mustat aukot saattavat olla hyödyllisempiä kuin luulimmekaan

Mustat aukot ovat maailmankaikkeuden kiehtovimpia ja samalla pelottavimpia ilmiöitä. Niiden valtava painovoima estää jopa valon karkaamisen aukon sisältä, niin sanotun tapahtumahorisontin takaa. Silti luultavasti jokaisen massiivisen galaksin ytimessä on musta aukko. Näillä jättimäisillä aika-avaruuden kuopilla onkin tärkeä rooli galaksien kehityksessä, ja esimerkiksi galaksin aktiivisuuden eräänä kriteerinä pidetään sitä, että sen ytimessä oleva musta aukko sinkoaa ainetta ympäristöönsä.

Mustat aukot eivät nimittäin vain vedä hiukkasia ja valoa voimakkaasti puoleensa. Ne voivat myös luoda suihkuja, jotka ampuvat plasmaa mustan aukon läheisyydestä niin kauas, että se lentää jopa seuraavaan galaksiin asti.

Tähtitieteilijät yrittävät selvittää, miksi näin tapahtuu.

Galaksin termostaatti

Periaatteessa galaksit kasvavat helposti: uusia tähtiä syntyy kaasun viiletessä. Olemassa oleva tutkimustieto on kuitenkin ristiriitaista, sillä tarkimpien laskelmien mukaan tähtiä pitäisi nimittäin olla enemmän kuin niitä näyttäisi olevan. Jotakin siis tapahtuu matkan varrella; jokin mekanismi pitää tähtien muodostumisen tietyllä tasolla galaksien kehittyessä. Mustilla aukoilla uskotaan olevan sormensa pelissä. 

”Mustien aukkojen kaksisuuntaiset plasmasuihkut näyttävät toimivan termostaattina koko galaksille”, sanoo Aalto-yliopiston akatemiatutkija Tuomas Savolainen.

”Moni viimeisen parinkymmenen vuoden aikana tehty tutkimus viittaa siihen, että nämä suihkut lämmittävät mekaanisesti kaasua, josta saattaisi muuten tulla uusia tähtiä. Emme silti vielä tiedä, miten nämä hyvin kapeat suihkut pystyvät jakamaan mustien aukkojen kehittämän energian niin suurelle alueelle.”

Mustien aukkojen tutkiminen on vaikeaa. Koska ne imevät kaiken valon, niitä ei voi nähdä samalla lailla kuin lähellä olevia planeettoja tai tähtiä. Plasmasuihkut ovat yksi havaittava seuraus mustien aukkojen olemassaolosta, mutta alueet, joissa niitä kehittyy, ovat suhteellisen pieniä ja maasta katsottuna uskomattoman kaukana. Esimerkiksi yksi lähimmistä valtavankokoisista ja aktiivisista mustista aukoista sijaitsee läheisessä M87-galaksissa, eli yli 50 miljoonan valovuoden päässä.

”Erottaaksemme M87:n suihkun syntyalueen kuvissa tarvitsemme noin tuhat kertaa Hubble-avaruusteleskooppia tarkemman havaintolaitteen”, Savolainen kertoo.

Siksi tutkijoiden pakko olla luovia. Yksi käynnissä olevista hankkeista yhdistää lukuisten eri puolilla maapalloa sijaitsevien radioteleskooppien voimat avaruudessa toimivan radioteleskoopin kanssa. Pitkäkantainterferometriaksi kutsutulla tekniikalla saadaan näin aikaiseksi erotuskyvyltään jopa 350 000 kilometrin kokoista radioteleskooppia vastaava havaintolaite, joka on siis planeettaammekin suurempi. Sen avulla tiimi on pystynyt tutkimaan läheisen Perseus A -galaksin keskellä olevaa suihkua ennennäkemättömän tarkasti. 

Näkökyvyn rajat venyvät

Toisessa tärkeässä kansainvälisessä yhteistyöhankkeessa käytetään tehokkaita, lyhyemmän aallonpituuden teleskooppeja samalla tavalla. Toiveena on saada ensimmäinen kuva oman galaksimme keskustan mustasta aukosta, tai oikeastaan sen varjosta, joka näkyy aukon takaa tulevassa  valossa. Tämä Event Horizon Telescope on niin tarkka, että sillä voisi esimerkiksi nähdä Kuussa olevan Domino-keksin Maan pinnalta käsin.

”Pyrimme venyttämään näkökyvyn rajoja”, sanoo Savolainen, joka osallistuu molempiin hankkeisiin työssään Aalto-yliopiston Metsähovin radio-observatoriossa.

Ainutlaatuisen tarkka resoluutio pystyy näyttämään, mistä plasmasuihkut alkavat. Se on myös avainasemassa, kun halutaan nähdä asioita, joita ei ole ennen pystytty näkemään. Tällainen on esimerkiksi mustan aukon ”varjo” eli gravitaatiolinssi-ilmiön muodostama kuva tapahtumahorisontista – rajasta, jonka takaa ei ole paluuta.

 Vaikka keinot maailmankaikkeuden tutkimiseksi kehittyvät jatkuvasti, samoin kuin ymmärrys sen ilmiöistä, ovat mustat aukot pysytelleet yhtenä tähtitieteen suurista arvoituksista.  

 ”Emme esimerkiksi vielä täysin ymmärrä, kuinka mustat aukot synnyttävät näitä valtavia suihkuja. Tiedämme kuitenkin, että mustan aukon ympärillä oleva magneettikenttä on keskeisessä roolissa suihkun muodostumisessa ja että suihkun energia on mahdollisesti peräisin aukon pyörimisliikkeestä”, Savolainen sanoo.

”Selvittämällä suihkujen laukaisumekanismin voisimme saada selville, miksi jotkin mustat aukot syöksevät plasmaa ja toiset eivät. Ennen kaikkea pystyisimme selittämään, miten galaksin lämmitys kytkeytyy päälle ja sitä kautta ymmärtämään suihkujen merkityksen galaksin kehitykselle.”