Ensimmäisten tähtien ohella ensimmäiset kvasaarit hälvensivät nuorta universumia pimentänyttä sumua. Kvasaarit ovat kirkkaita valosuihkuja. Niitä syntyy, kun kaasua ja pölyä putoaa supermassiiviseen mustaan aukkoon. Kuvat Nasa, grafiikka Hanna Härkälä.
Ensimmäisten tähtien ohella ensimmäiset kvasaarit hälvensivät nuorta universumia pimentänyttä sumua. Kvasaarit ovat kirkkaita valosuihkuja. Niitä syntyy, kun kaasua ja pölyä putoaa supermassiiviseen mustaan aukkoon. Kuvat Nasa, grafiikka Hanna Härkälä.
Valosta pimeyden kautta valoon. Alkuräjähdyksen ja ensi laajenemisen jälkeen universumi oli kuuma ja koostui protonien, neutronien ja elektronien muodostamasta plasmasta. Jäähtymisen myötä hiukkaset yhtyivät vetyatomeiksi, ja universumi pimeni. Valo palasi vasta, kun vetyatomit vähitellen hajosivat ioneiksi universumin ensimmäisen vuosimiljardin loppuun mennessä. Nykyisin tähtitieteilijät koettavat selvittää, mikä vedyn pääosin hajotti: tähtien, galaksien vai mustien aukkojen säteily.
Valosta pimeyden kautta valoon. Alkuräjähdyksen ja ensi laajenemisen jälkeen universumi oli kuuma ja koostui protonien, neutronien ja elektronien muodostamasta plasmasta. Jäähtymisen myötä hiukkaset yhtyivät vetyatomeiksi, ja universumi pimeni. Valo palasi vasta, kun vetyatomit vähitellen hajosivat ioneiksi universumin ensimmäisen vuosimiljardin loppuun mennessä. Nykyisin tähtitieteilijät koettavat selvittää, mikä vedyn pääosin hajotti: tähtien, galaksien vai mustien aukkojen säteily.
Nykytähdet syntyvät galakseissa, joissa on runsaasti hiiltä, happea ja pölyä. Nämä ainekset viilentävät kaasupilveä, ja siksi painovoima voi pakata pilven niin tiheäksi, että siellä käynnistyy fuusioreaktio. Fuusion käynnistyessä energiapulssi puhaltaa pilven uloimmat kerrokset pois, jolloin jäljelle jää suhteellisen pieni tähti. Ensimmäiset tähdet syntyivät universumissa, jossa ei vielä ollut hiiltä, happea eikä pölyä. Oli vain vetyä sekä ripaus heliumia ja litiumia. Vety ei viilene kovin tehokkaasti. Kun kaasupilvi alkoi painovoiman vaikutuksesta kutistua, vedyn kuumuus vaikutti päinvastaiseen suuntaan. Kaasupilven painovoima veti ympäristöstä lisää kaasua, kunnes sitä oli sadan tai jopa miljoonan Auringon verran. Vasta silloin syntyi fuusioon riittävä tiheys ja kuumuus.
Nykytähdet syntyvät galakseissa, joissa on runsaasti hiiltä, happea ja pölyä. Nämä ainekset viilentävät kaasupilveä, ja siksi painovoima voi pakata pilven niin tiheäksi, että siellä käynnistyy fuusioreaktio. Fuusion käynnistyessä energiapulssi puhaltaa pilven uloimmat kerrokset pois, jolloin jäljelle jää suhteellisen pieni tähti. Ensimmäiset tähdet syntyivät universumissa, jossa ei vielä ollut hiiltä, happea eikä pölyä. Oli vain vetyä sekä ripaus heliumia ja litiumia. Vety ei viilene kovin tehokkaasti. Kun kaasupilvi alkoi painovoiman vaikutuksesta kutistua, vedyn kuumuus vaikutti päinvastaiseen suuntaan. Kaasupilven painovoima veti ympäristöstä lisää kaasua, kunnes sitä oli sadan tai jopa miljoonan Auringon verran. Vasta silloin syntyi fuusioon riittävä tiheys ja kuumuus.
Kvasaareista näkyy valon paluu. Kvasaarit ovat varhaisen universumin kirkkaita majakoita, jotka näkyvät yli kymmenen miljardin valovuoden päästä. Ennen kuin muinaisten kvasaarien valo osuu kaukoputkiimme, se on muuntunut kahdella tavoin: Universumin laajeneminen venyttää valon aallonpituutta punaisen suuntaan. Osan valosta imee itseensä vetykaasu, jos sitä esiintyy matkalla. Tähtitieteilijät näkevät eri-ikäisten kvasaarien valon aallonpituuksista, miten runsaasti vetyä universumissa on milloinkin ollut. Hajonneen eli ionisoituneen vedyn kuplat ovat ajan mittaan kasvaneet isommiksi. Ionisoiduttuaan vety ei enää ime valoa.
Kvasaareista näkyy valon paluu. Kvasaarit ovat varhaisen universumin kirkkaita majakoita, jotka näkyvät yli kymmenen miljardin valovuoden päästä. Ennen kuin muinaisten kvasaarien valo osuu kaukoputkiimme, se on muuntunut kahdella tavoin: Universumin laajeneminen venyttää valon aallonpituutta punaisen suuntaan. Osan valosta imee itseensä vetykaasu, jos sitä esiintyy matkalla. Tähtitieteilijät näkevät eri-ikäisten kvasaarien valon aallonpituuksista, miten runsaasti vetyä universumissa on milloinkin ollut. Hajonneen eli ionisoituneen vedyn kuplat ovat ajan mittaan kasvaneet isommiksi. Ionisoiduttuaan vety ei enää ime valoa.

Universumin pimeä keskiaika päättyi, kun vety ionisoitui. Mikä sen aiheutti?

Universumin alkuvalo sammui äkisti noin 13,8 miljardia vuotta sitten, kun alkuräjähdyksestä oli kulunut noin 400 000 vuotta.

Siihen asti koko maailmankaikkeus olisi ihmissilmään näyttänyt häikäisevän kirkkaalta hernerokkasumulta. Se oli koostunut kuumana ja tiuhana kuohuvasta plasmasta, jossa protonit, neutronit ja elektronit teutaroivat irrallaan.

400 000 vuotta laajettuaan universumi oli jäähtynyt niin paljon, että plasman protonit, neutronit ja elektronit yhtyivät vetyatomeiksi. Silloin universumi pimeni, eikä se ollut mitään nykyisten öiden puolittaista pimeyttä. Asiaa ei auttanut sekään, että ensimmäiset tähdet alkoivat syttyä. Ne loistivat näet ultravioletin aallonpituuksilla, joita vety imi tehokkaasti itseensä.

Näin universumi oli vaihtanut kuuman kirkkaan alkusumun pimeään kylmyyteen.

Aikanaan valkeus tuli uudelleen. Maailmankaikkeuteen syttyneiden tähtien valo pääsi liikkeelle, kun jokin hajotti vetyatomit ioneiksi. Tähtitieteilijät ovat pitkään pohtineet, mikä raivasi vedyn pimentämästä maailmankaikkeutta. Ehkä sen teki ensimmäisten tähtien valo. Tai kenties säteily, jota roiskui avaruuteen kuuman kaasun imeytyessä mustiin aukkoihin.

Selitystä etsitään tutkimalla universumin vanhimpia kappaleita. Niistä haetaan vastausta moniin muihinkin kysymyksiin: Milloin ensimmäiset tähdet syttyivät, ja millaisia ne olivat? Kuinka tähdet ryhmittyivät galakseiksi, ja miksi miltei kaikkien galaksien keskustaan muodostui  musta aukko? Missä kohden tähtien, galaksien ja mustien aukkojen kehitystä universumin vety ionisoitui ja päästi valon kulkemaan? Tapahtuiko se vähitellen vai yhtäkkiä?

Nämä arvoitukset ovat kiusanneet astrofyysikoita 1960-luvulta saakka. Viime aikoina niihin on alettu viimein saada vastauksia, kun tietokoneilla on simuloitu ensimmäisten tähtien syntyä ja kaukoputkilla nähty välähdyksiä alle puolen miljardin vuoden ikäisestä universumista ja ensimmäisistä nuorista galakseista.

Megatähdet pilkkoivat sumua

Kymmenisen vuotta sitten tähtitieteilijät uskoivat jo hahmottavansa, miten tähtien ensimmäinen sukupolvi syntyi.

Kun vetyatomit olivat muodostuneet, ne jakautuivat avaruuteen tasaisesti. Tunnistamattomista hiukkasista koostuva pimeä aine sen sijaan alkoi kasaantua pilviksi, joiden massa oli keskimäärin satojentuhansien tai miljoonan Auringon luokkaa. Näiden pilvien massa imi puoleensa myös vetyä. Vetykaasu tiivistyi, kuumeni tiivistyessään ja alkoi syttyä universumin ensimmäisiksi tähdiksi.

Tämä ensimmäinen jättiläistähtien sukupolvi saattoi säteilyllään myös ionisoida vetyatomit ja hälventää pimeyden. Varmaa se ei ole. Vain riittävän kirkkaat ja pitkäikäiset tähdet ovat voineet siihen kyetä.

Tähtien ominaisuudet taas riippuvat niiden koosta. Kymmenisen vuotta sitten tähtitieteilijät uskoivat, että kaikki varhaiset tähdet olivat jättiläismäisiä, noin sadan Auringon massaisia.

Kun painovoima vetää tähden muodostuessa kaasua kasaan, se kuumenee. Lämpö taas aiheuttaa säteilypaineen, joka vastustaa kaasun tiivistymistä.  Kaasun tiivistyminen tähdeksi keskeytyy, jollei tähdentekele  pääse jotenkin eroon tiivistymistä vastustavasta liikalämmöstä.

Pieni määrä happea ja hiiltä on viilentänyt sopivasti oman Aurinkomme kaltaisia tähtiä, mutta alkutähdet koostuivat pelkästä vedystä, eikä vety pysty tehokkaasti karistamaan lämpöä. Siksi ensimmäiset tähdet keräsivät hurjan määrän kaasua, ennen kuin painovoima voitti ja tiivisti tähden niin, että se lopulta syttyi.

Nykytiedoin asia näyttää hieman mutkikkaammalta, huomauttaa Harvardin yliopistossa työskentelevä Thomas Greif. Hän on laatinut varhaisten tähtien synnystä yksityiskohtaisia mallinnuksia. Niissä on käynyt ilmi, että varhaisia tähtiä on voinut olla erilaisia. Joissakin tapauksissa alkutähdet ovat saattaneet vastata massaltaan miljoonaa Aurinkoa, mutta toisissa vetypilvi on voinut pilkkoutua ja tuottaa useita vain muutaman kymmenen Auringon massaisia tähtiä.

Kokoerojen perusteella ensimmäisten tähtien elinajoissakin on ollut isoja eroja. Ne pitää ottaa huomioon arvioitaessa, miten nopeasti tähdet ovat ionisoineet pimentävää vetyä.

Yli sadan Auringon massaiset jättiläistähdet ovat avaruuden rokkareita: ne elävät nopeasti ja kuolevat nuorina. Pienemmät tähdet jauhavat ydinpolttoainettaan verkkaisemmin. Niiden yhteenlasketusta vaikutuksesta on päätelty, että jos asia on ollut tähdistä kiinni, vedyn ionisaatio on kestänyt satoja miljoonia vuosia.

Merkkejä haettu kvasaareista

Kaikki alkutähdet päättivät elämänsä leimahtamalla supernoviksi ja romahtamalla sen jälkeen mustiksi aukoiksi. Jospa aukot edistivätkin vedyn ionisaatiota ja valon paluuta enemmän kuin tähdet?

Asiaa on päästy tutkimaan, koska mustat aukot ahmivat lähialueiden kaasua ja kaasu aukkoon pudotessaan tiivistyy ja kuumenee miljooniin asteisiin. Kuumuuden ansiosta osa aukkoon imeytyvästä kaasusta puhaltuu suihkuna takaisin avaruuteen. Suihkut ovat niin kirkkaita, että ne voi nähdä puolen universumin etäisyydeltä. Nimitämme niitä kvasaareiksi.

1960-luvulta 1990-luvulle saakka universumin alkuaikoja pystyttiin havainnoimaan vain kvasaareista. Aluksi tähtitieteilijät eivät tosin käsittäneet, mitä kvasaarit olivat. Ne loistivat kuin lähitähdet, mutta kaukaisuuteen viittasi niiden valtava punasiirtymä eli valon punertuminen, joka johtuu universumin laajenemisesta. Punasiirtymä paljasti, että kvasaarit näkyivät huikean paljon kauempaa kuin mikään yksittäinen tähti voisi näkyä ja olivat siis myös valtavan paljon kirkkaampia. Ensimmäisen löydetyn kvasaarin punasiirtymäksi mitattiin 0,16. Siitä päätellen kvasaarin valo aloitti matkansa tänne noin kaksi miljardia vuotta sitten.

Pian löydettiin kvasaareita punasiirtymään 2 saakka. Se tarkoitti kurkistusta yli kymmenen miljardin vuoden taakse. Vuonna 1991 raportoitiin kvasaarista, jonka punasiirtymä on 4,9. Se on siis 12,5 miljardia vuotta vanha eli vain runsaan miljardin vuoden päässä alkuräjähdyksestä.

Edes noin vanhan kvasaarin valossa ei näkynyt merkkiäkään siitä, että osa valosta olisi joutunut vedyn sieppaamaksi. Ilmeisesti universumin vety oli jo täysin ionisoitunutta ja valon kulku vapaata silloin, kun sen matka alkoi.

Tarvittiin ennätyskvasaari

Lähes vuosikymmen vierähti, ennen kuin kukaan löysi vanhempaa kvasaaria. Viivytys ei johtunut laitteiden heikkoudesta, sillä Hubble-avaruuskaukoputki ja Havaijin Mauna Kean voimakas Keck-kaukoputki aloittivat toimintansa 1990-luvun alussa. Syynä oli näkyvien kvasaarien harvalukuisuus. Niitä tuottavat vain suurimmat supermassiiviset mustat aukot, ja me näem­me niistä vain ne, joiden suihku sattuu osoittamaan meitä kohti.

Lisäksi kaasua suihkuaa vain silloin, kun musta aukko on nielemässä materiaa. Aukoista aktiivisimpina näkyvät ne, joiden punasiirtymä on 2–3, sillä niiden aikakaudella galakseissa oli keskimäärin paljon kaasua. Sitä vanhemmista aukoista paljon harvempi toimii aktiivisesti.

Ennätykset alkoivat rikkoutua vuonna 2000, kun hanke nimeltä Sloan Digital Sky Survey alkoi haravoida valtavia taivaankaistoja suurimmilla siihen asti rakennetuilla digitaalisilla tunnistimilla.

– Sloan oli satumaisen hyvä löytämään etäisiä kvasaareita, sanoo tähtitieteilijä Richard Ellis Kalifornian teknisestä yliopistosta. Sellaisia, joiden punasiirtymä on yli 5,5, löydettiin 40–50.

Sloan onnistui kurottamaan muinaisuuteen punasiirtymien 6 ja 6,4 välimaastoon saakka, mistä se löysi muutaman kvasaarin. Niissäkään ei näkynyt merkkejä ionisoitumattoman vedyn pimennysvaikutuksesta.

Vasta kun syvän taivaan mittaushanke Ukidss löysi Mauna Kean laitteilla kvasaarin, jonka punasiirtymä on 7,085, tähtitieteilijät näkivät ensi kertaa kvasaarivaloa, jota ultraviolettia imevä vety oli hitusen verottanut. Tuo noin 770 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen loistanut kvasaari antoi tähtitieteilijöiden vihdoin kastaa varpaansa vedyn ionisaation aikakauteen – mutta vain varpaansa, sillä näinkin lähellä alkuräjähdystä valtaosa vedystä oli jo ehtinyt hajota ioneiksi.

Tai sitten ei. On mahdollista sekin, että kvasaari sattui sijaitsemaan hajonneen vedyn pilvessä ja muualla vety oli ehjempää. Yhtä mahdollista on, että kvasaari sijaitsi keskimääräistä ehjemmän vedyn alueel­la ja muun universumin vety oli ionisoituneempaa.

Asian saattoi varmistaa vain tutkimalla useita samanikäisiä kvasaareja, mutta tilastollisesti riittävän otoksen löytäminen oli epätodennäköistä.

Syntyä vaikea ymmärtää

Tuo yksikin kvasaari kertoi silti tutkijoille paljon. Ellisin mukaan esimerkiksi sen, että kvasaarien määrä vähenee muinaisuutta kohti jyrkästi – niin jyrkästi, etteivät mustat aukot voineet olla päälähde sille säteilylle, joka vedyn hajottamiseen tarvittiin. Sitä paitsi näkyäkseen meille niin kaukaa kvasaarin oli pitänyt syntyä mustasta aukosta, jonka massa vastasi miljardia Aurinkoa.

– On miltei mahdotonta käsittää, miten sellainen oli saattanut muodostua sinä lyhyenä aikana, jonka universumi oli ollut olemassa, Ellis sanoo.

Muodostunut se joka tapauksessa oli. Harvardin yliopiston tähtitieteen osaston johtaja Abraham Loeb sanoo, että jos olot sattuivat olemaan juuri sopivat, jättikvasaarin saattoi tuottaa sadan Auringon massainen ensimmäisen polven tähti, joka romahti mustaksi aukoksi muutamia satoja miljoonia vuosia alkuräjähdyksen jälkeen.

Siinä tapauksessa mustan aukon piti saada lisäainetta jatkuvasti, ja on vaikea käsittää, miten se oli mahdollista. Aktiivinen kvasaari nimittäin puhaltaa kaasua pois mustan aukon ulottuvilta. Käytettyään kaasuvaransa kvasaari tilapäisesti sammuu. Silloin aukko voi taas imeä uutta kaasua, kunnes kvasaari syttyy
uudelleen ja puhkuu kaasun pois. – Toiminta on siis aina syklistä, ja musta aukko pystyy kasvamaan vain osan ajasta,  Loeb sanoo.

Toisaalta aukot voivat kasvaa myös sulautumalla toisiinsa. Lisäksi viimeaikaisten tutkimusten mukaan ensimmäiset mustat aukot eivät ehkä syntyneetkään sadan Auringon massaisista tähdistä vaan miljoonan.

– Koska tuollaiset tähdet loistivat yhtä kirkkaasti kuin koko Linnunrata, niitä pitäisi näkyä James Webb -avaruuskaukoputkella, Loeb sanoo. Tämä Hubblen massiivinen seuraaja on määrä lähettää avaruuteen vuonna 2018.

”Ei sieltä mitään näy”

Kvasaarien metsästyksen hiipuessa galakseja on alettu etsiä yhä lähempää alkuräjähdystä.

Siihen on kannustanut kuva, joka tunnetaan nimellä Hubble Deep Field. Vuonna 1995 avaruuskaukoputkien ohjauskeskuksen silloinen johtaja Robert Williams suuntasi Hubblen noin 30 tunniksi kohtaan, joka näytti pilkkopimeältä.

– Eräät arvovaltaiset tähtitieteilijät sanoivat hänelle, että se oli ajanhukkaa, muistelee nykyinen johtaja Matt Mountain. – Ei sieltä mitään näkyisi.

Kuvaan tuli kuitenkin useita tuhansia pieniä ja himmeitä galakseja, joista monet osoittautuivat kaukaisimmiksi, mitä milloinkaan oli havaittu.

Lisää näkyy kuvista, joita on otettu Hubbleen vuoden 2009 huoltolennolla asennetulla tehokkaammalla kameralla.

 – Sitä ennen oli löydetty 4–5 galaksia, joiden punasiirtymä on 7 tai enemmän, nyt tunnetaan jo yli sata, kertoo Daniel Stark Arizonan yliopistosta. Yhden vuonna 2012 julkaistun galaksin punasiirtymä on hulppeat 11,9. Sen loiste lähti meidän suuntaamme alle 400 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Löytyi savuava ase

Ennätysvanhan kvasaarin tavoin nämä muinaisimmat nähdyt galaksit paljastavat tähtitieteilijöille oman aikansa vetytilanteen. Niiden lähettämästä ultraviolettivalosta puuttuu merkittävä osa. Sen avaruutta pimentänyt ionisoitumaton vety on matkalla imenyt. Hieman nuorempien galaksien valosta puuttuu pienempi osa, ja miljardi vuotta alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus vaikuttaa jo täysin läpinäkyvältä.

Juuri muinaisgalaksien säteily saattoi toimia ionisoijana, ja galakseista itsestään tutkijat näkevät vedyn muutoksen ionisoitumattomasta täysin ionisoituneeksi. Avaruusetsivillämme näyttää siis olevan hallussaan sekä savuava ase että sen uhri.

Asiassa on kuitenkin pieni mutta: ase on liian heikko. Se havaitaan, kun noin sadasta tähän mennessä löydetystä 7:ää suuremman punasiirtymän galaksista arvioidaan koko silloisen universumin galaksimäärä. Sen yhteenlaskettu ultraviolettisäteily ei millään riittänyt ionisoimaan kaikkea vetyä.

Tarvittu energia ei voinut tulla myöskään mustista aukoista, sillä supermassiivisia aukkoja tuskin olisi voinut syntyä kyllin nopeasti.

Pulma näyttää hankalalta, mutta ratkaisu saattaa olla yksinkertainen: olemme arvioineet galaksien määrän alakanttiin. Vaikka muinaisimmat galaksit näyttäytyvät meille himmeinä pilkkuina Hubblen erotuskyvyn äärirajoilla, ne varmaankin olivat aikansa kirkkaimpia. Samalla etäisyydellä täytynee olla runsaasti sellaisia galakseja, jotka ovat liian himmeitä näkyäkseen millään olemassa olevalla kaukoputkella. Tämä on Richard Ellisin mielestä järkeenkäypä olettamus.

– Arvelen useimpien tutkijoiden nykyisin uskovan, että universumin ionisaatio oli pääosin galaksien työtä.

Kohti galaksien alkua

Entä miltä vastasyntyneet galaksit näyttivät, ja koska ensimmäiset niistä syntyivät?

– Emme vielä tiedä, myöntää Daniel Stark.

Muinaisimmissakin havaituissa galakseissa on jopa sata miljoonaa tähteä, ja niiden valo on punasiirtymä huomioidenkin keskimäärin punaisempaa kuin odottaisi hyvin nuoren galaksin tähdiltä. Starkin mukaan näyttää siltä, että nuo galaksit ovat synnyttäneet tähtiä jo ainakin sadan miljoonan vuoden ajan.

 – Hubble on vienyt meidät aivan ensimmäisten tähtien ajan rajalle, mutta sisään päästää vasta James Webb -avaruuskaukoputki.

Hubblellakin on vielä käyttöä. Se ei omin voimin näe tietyn himmeysrajan taakse ilman järjettömän pitkiä valotusaikoja, mutta maailmankaikkeus tarjoaa avuksi painovoimalinssejä: galaksijoukkojen massa kaareuttaa ympäröivää avaruutta ja valon kulkua niin, että kaukana sijaitsevat kohteet toisinaan näkyvät suurentuneina.

– Tuolla tavoin kaukaisten galaksien kirkkaus voi kasvaa 10–20-kertaiseksi, sanoo Marc Postman avaruuskaukoputkien ohjauskeskuksesta. Hän toimii johtavana tutkijana hankkeessa, joka on löytänyt Hubblen ja painovoimalinssien avulla noin 250 galaksia punasiirtymien 6 ja 8 väliltä ja kourallisen jopa punasiirtymä 11:n liepeiltä. Vastaavia tuloksia on saatu muissakin syvän taivaan haravointiprojekteissa.

Nyt Hubble on tunkeutumassa yhä syvemmälle. Ohjauskeskuksen johtaja Matt Mountain on luovuttanut havainnointiaikaa hankkeeseen nimeltä Frontier Fields eli rajaseudun kentät. Siinä haetaan himmeitä etäisiä galakseja kuuden massiivisen galaksijoukon takaa. Hankkeen päätutkijan Jennifer Lotzin mukaan Hubble suunnataan kolmen seuraavan vuoden aikana kuhunkin joukkoon noin 140 kiertoratakierroksen ajaksi. Yhteen kierrokseen Hubblelta kuluu noin 45 minuuttia.

 – Näin pääsemme kurkistamaan syvemmälle avaruuteen kuin koskaan aiemmin.

Ensimmäisiin tähtiin

Vielä on yksi kosminen majakka, joka saattaa osoittautua antoisaksi universumin nuoruuden tutkijoille.

Gammapurkaukset löydettiin 1960-luvulla, ja silloin ne olivat täysi mysteeri. Ne ovat lyhytaikaisia hyvin lyhytaaltoisen säteilyn purskahduksia satunnaisista suunnista. Nykyisin tähtitieteilijät uskovat, että monet purkauksista syntyvät massiivisten tähtien kuollessa. Romahtaessaan mustaksi aukoksi tähti sylkee gammasädesuihkun avaruuteen. Kun sellainen suihku iskeytyy ympäristön kaasupilviin, muodostuu jälkihehkuna kirkasta näkyvää ja infrapunaista valoa, jonka voi havaita tavallisella kaukoputkella.

Gammapurkauksia etsii Maata kiertävä Swift-satelliitti. Purkauksen havaitessaan satelliitti kääntää kaukoputkensa kohti ja välittää samalla kohteen sijaintitiedot maanpäällisille tarkkaililjoille. Jos putket ehditään suunnata purkaukseen ennen sen hiipumista, tähtitieteilijät saavat mitatuksi sen punasiirtymän ja sitä kautta galaksin iän.

Menetelmän juju on siinä, että gammapurkausten rinnalla muut kosmiset säteilijät ovat pelkkiä tuikkuja.

– Muutaman ensimmäisen tunnin aikana gammapurkaus todennäköisesti loistaa miljoona kertaa galaksia kirkkaammin ja 10–100 kertaa kvasaaria kirkkaammin, sanoo Edo Berger, gammapurkauksiin erikoistunut astrofyysikko Harvardin yliopistosta.

Purkausten näkemiseen ei siis tarvita pitkiä valotuksia Hubblella. Vuonna 2009 Havaijin Mauna Kealla sijaitseva kaukoputki mittasi erään punasiirtymäksi 8,2, eli se leimahti 600 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Leimahdus oli Bergerin mukaan niin kirkas, että olisimme nähneet sen myös punasiirtymä 15:n tai jopa 20:n etäisyydeltä, alle 200 miljoonan vuoden päästä alkuräjähdyksestä. Se olisi lähellä aikaa, jolloin kaikkein ensimmäiset tähdet syttyivät.

Nuo massiiviset tähdet olivat juuri sopivia tuottamaan gammapurkauksia. Itse asiassa ensimmäisen polven tähdet saattoivat Bergerin mukaan tuottaa niin kirkkaita purkauksia, että ne suuremmasta etäisyydestään huolimatta voisivat näyttää kirkkaammilta kuin tähän asti havaitut.

Nykylaitteet eivät riitä

Yksi gammapurkausten etu on vielä mainitsematta. Kvasaareja syntyy vain sellaisissa galakseissa, joiden keskustassa on supermassiivinen musta aukko. Kaukaisista galakseista vain kaikkein kirkkaimmat näkyvät. Sen sijaan gammapurkauk­sia syntyy pikkuruisimmissakin galakseissa, ja purkaukset ovat niissä yhtä voimakkaita kuin isoissakin. Siksi gammapur­kaukset tarjoavat edustavimpia näytteitä universumista.

Jottei tämä kuulostaisi liian täydelliseltä, Berger huomauttaa, että 99 prosenttia gammapurkauksista suuntautuu muualle kuin meihin päin ja niistä, jotka satelliittimme havaitsevat, vain harvan punasiirtymä on suuri. Siksi edustavan näytteen kerääminen muinaisimmista gammapurkauksista kestää yli vuosikymmenen.

Berger epäilee, ettei Swift säily toimintakuntoisena niin kauan. Hän toivoo, että joku lähettäisi työtä jatkamaan uuden satelliitin, joka syöttäisi purkausten sijaintitietoja James Webb -avaruuskaukoputkelle tai niille kolmelle 30 metrin luokkaan kuuluvalle maanpäälliselle kaukoputkelle, joiden odotetaan aloittavan toimintansa seuraavan vuosikymmenen aikana. Toistaiseksi avaruusjärjestöt Nasa ja Esa eivät ole näyttäneet vihreää valoa.

Kun nuo seuraavan polven suuret kaukoputket alkavat tähystää taivasta, kvasaarien metsästäjät, galaksien kartoittajat ja gammapurkausten jälkihehkun tarkkailijat saavat varmasti listatuksi paljon vanhempia ja himmeämpiä kohteita kuin nykyisin. Niiden avulla voimme viimein määrittää tarkemmin, mitä varhaisessa universumissa tapahtui.

Myös radiotähtitieteilijät odottavat uusia isoja laitteita. Antenneja on luvassa Australiaan, Etelä-Afrikkaan ja Euroopan eri maihin. Niillä he voivat kartoittaa ionisoitumattoman vedyn pilviä ja niiden vähittäistä häviämistä maailmankaikkeuden ensimmäisen vuosimiljardin aikana. Vety lähettää radioaaltoja, joten tähtitieteilijät voinevat mitata vetypilvien esiintymistä eri aikoina. Lisäksi he voivat etsiä Atacaman autiomaan radiokaukoputkilla merkkejä hiilimonoksidista ja muista tähtienvälisten pilvien aineista, joista muodostui toinen tähtisukupolvi.

Kosmologien innostus universumin historian tarkkaan ymmärtämiseen juontaa vuodesta 1965, jolloin alkuräjähdyksen jättämä taustasäteily alun perin löytyi. Kuvassa on yhä aukkoja, mutta on hyvät syyt uskoa, että aukot tulevat täytetyiksi taustasäteilyhavainnon 60-vuotisjuhlaan eli vuoteen 2025 mennessä.

Michael Lemonick on Climate Central -uutispalvelun toimittaja ja työskenteli tiedetoimittajana Time-lehdessä 21 vuoden ajan.

Artikkeli on aiemmin julkaistu Scientific American -lehden huhtikuun numerossa 2014. Reproduced with permission. © 2014 Scientific American, Inc. All rights reserved.

Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2014

Tilaajille
Tietoliikennesatelliittien määrä kasvaa räjähdysmäisesti viimeistään 2020-luvulla. Kilpajuoksu avaruuden internetistä on alkanut. Kuva: Nasa
Tietoliikennesatelliittien määrä kasvaa räjähdysmäisesti viimeistään 2020-luvulla. Kilpajuoksu avaruuden internetistä on alkanut. Kuva: Nasa
Kymmensenttisiä kuutioita voi  liittää myös yhteen. Osa niistä varmasti välittää nettiliikennettä 2020-luvulla. Kuva: Nasa
Kymmensenttisiä kuutioita voi  liittää myös yhteen. Osa niistä varmasti välittää nettiliikennettä 2020-luvulla. Kuva: Nasa
OneWeb kaavailee kattavansa koko maapallon noin 650 satelliitilla. Kuva: OneWeb
OneWeb kaavailee kattavansa koko maapallon noin 650 satelliitilla. Kuva: OneWeb
03b tarjoaa jo laajakaistayhteyksiä Afrikkaan. Kuva: 03b
03b tarjoaa jo laajakaistayhteyksiä Afrikkaan. Kuva: 03b
SpaceX käyttää avaruusasemalennoilla koeteltuja avaruusaluksia. Kuva: Nasa
SpaceX käyttää avaruusasemalennoilla koeteltuja avaruusaluksia. Kuva: Nasa
Kokenut satelliittiyritys Iridium on rakentamassa uutta satelliittiparvea. Kuva: Iridium
Kokenut satelliittiyritys Iridium on rakentamassa uutta satelliittiparvea. Kuva: Iridium
Avaruussatelliittien pitää kiertää maapalloa matalalla, jotta netti toimii tarpeeksi nopeasti. 1. Geosynkroninen eli saman kohdan yllä pysyvä rata, noin 35 700 kilmetrin korkeudella. 2. Keskitason rata, 2 000- 35 700 kilometrin korkeudella. 3. Matala kiertorata, 180-2 000 kilometrin korkeudella.
Avaruussatelliittien pitää kiertää maapalloa matalalla, jotta netti toimii tarpeeksi nopeasti. 1. Geosynkroninen eli saman kohdan yllä pysyvä rata, noin 35 700 kilmetrin korkeudella. 2. Keskitason rata, 2 000- 35 700 kilometrin korkeudella. 3. Matala kiertorata, 180-2 000 kilometrin korkeudella.

Maan kiertoradalla netti vapautuu valtioiden asettamista rajoista.

Avaruuskilpa on saanut uuden muodon. Nyt ei ole kyse kylmästä sodasta eikä kilpajuoksusta Kuuhun. Nyt internet nousee avaruuteen.

Avaruuden kautta nettiyhteydet laajenevat nopeasti maapallon syrjäseuduille. Samalla ne, jotka hallitsevat internetin viestiliikennettä taivaalta, suojautuvat...

Tilaajille

Haluatko lukea koko artikkelin?

Hyödynnä maksuton tutustumistilaus, niin pääset lukemaan rajoituksetta tämän ja muita kiinnostavia artikkeleita:

Tilaajille
Rikas Eurooppa joutuu miettimään tarkasti, miten perustella heikompiosaisten tulokkaiden torjumista. Kuva: Lehtikuva
Rikas Eurooppa joutuu miettimään tarkasti, miten perustella heikompiosaisten tulokkaiden torjumista. Kuva: Lehtikuva
Intiassa kastijärjestelmän pohjalle syntyneille sälytetään likaisimmat työt, kuten lannan levitys. Kuva: Getty Images
Intiassa kastijärjestelmän pohjalle syntyneille sälytetään likaisimmat työt, kuten lannan levitys. Kuva: Getty Images
Juutalaisia on alistettu ja vainottu niin paljon, että heillä on erityinen muistelupäivä historian suruille. Kuva: Getty Images
Juutalaisia on alistettu ja vainottu niin paljon, että heillä on erityinen muistelupäivä historian suruille. Kuva: Getty Images
Koko Afrikka on saanut ebolaleimaa, vaikka tauti riivaa vain länsinurkkaa. Kuva: Getty Images
Koko Afrikka on saanut ebolaleimaa, vaikka tauti riivaa vain länsinurkkaa. Kuva: Getty Images
Itä-Aasian eläintorien tautiriskien takia joissakin maissa on kartettu kaikkia kiinalaisia. Kuva: Getty Images
Itä-Aasian eläintorien tautiriskien takia joissakin maissa on kartettu kaikkia kiinalaisia. Kuva: Getty Images

Kautta aikain ihminen on löytänyt syntipukit sairauksiin oman yhteisönsä ulkopuolelta. Syytämme taudeista niitä, joita halveksimme.

Siitä lähtien, kun ebola keväällä 2014 nousi maailman puheenaiheeksi, monet afrikkalaistaustaiset ihmiset ovat joutuneet ennakkoluulojen kohteiksi. Yhdysvalloissa heitä on ebolapelon takia kiusattu kouluissa, heiltä on evätty pääsy työpaikoille, heille ei ole tarjoiltu ravintoloissa, eikä heitä...

Tilaajille

Haluatko lukea koko artikkelin?

Hyödynnä maksuton tutustumistilaus, niin pääset lukemaan rajoituksetta tämän ja muita kiinnostavia artikkeleita: