Andromeda – tähtisumusta galaksiin

Sana galaksi tulee kreikan kielen sanasta galaxias, joka tarkoittaa linnunrataa, joka oli muinaiskreikkalainen termi Linnunradalle, tuolle epäselvälle tähtikaistaleelle, joka näkyy yötaivaalla alueilla, joilla ei ole liikaa valosaastetta. Nykyään galaksia käytetään yleisnimityksenä hyvin suurista tähtijoukoista, jotka ovat hajallaan ympäri maailmankaikkeutta. Nykyiset arviot galaksien kokonaismäärästä vaihtelevat 2×1011:stä 2×1012:een tai jopa enemmän. Näiden valtavien lukujen edessä on usein helppo unohtaa, että alle sata vuotta sitten luulimme vielä, että meidän galaksimme, Linnunrata, on koko maailmankaikkeus. Tämä muuttui 1. tammikuuta 1925, kun H.N. Russell luki American Association for the Advancement of Science -järjestölle Edwin Hubblen artikkelin, jossa todettiin, että spiraalisumut olivat itse asiassa erillisiä galakseja. Tie läpi tähtitieteen historian, joka johti tuohon aikakautta määrittelevään paperiin vuonna 1925, ulottuu lähes tuhannen vuoden päähän, ja seuraavassa esittelen lyhyesti joitakin tärkeitä asemia, joista lähes kaikki koskevat lähintä galaktista naapurimaatamme Andromedaa.

Sana sumu tulee latinasta ja tarkoittaa pilveä, sumua, sumua, savua, höyryä, uloshengitystä, kuten huomaatte, määritelmä on melko sumuinen. Tähtitieteessä se juontaa juurensa Ptolemaeuksen Mathēmatikē Syntaxis -teokseen tai kuten se yleisemmin tunnetaan Almagestiin. Tässä länsimaisen tähtitieteen perusteoksessa Ptolemaeus luettelee yhteensä kuusi tähtitieteellistä tähtisumua kiinnittämättä niihin suurta huomiota. Kaikki Ptolemaeuksen sumut olivat itse asiassa epämääräisiä tähtijoukkoja, jotka olivat liian kaukana, jotta niitä voisi havaita paljain silmin. Ensimmäisen niin sanotun todellisen tähtisumun, Andromedan sumun, kirjasi persialainen tähtitieteilijä Abd al-Rahman al-Sufi, jota tavallisesti kutsutaan vain nimellä Al Sufi, kiintotähtien kirjassaan (arabiaksi: kitab suwar al-kawakib) noin vuonna 964 jKr. Hän kuvaa ja havainnollistaa Andromedan tähtisumua pienenä pilvenä arabialaisen Kalan tähdistön suun edessä.

Al Sufin piirros Kalan tähdistöstä, jonka suulla on Andromedan tähtisumu

Muun muassa muiden varhaisten kaukoputkihavaintojensa ohella Galilei osoitti, että ptolemaiolaiset sumut hajosivat moniksi näkymättömiksi tähdiksi, kun niitä katsottiin kaukoputken läpi. Vuonna 1612 oli kuitenkin Galileon kaukoputkikilpailija Simon Marius, joka ensimmäisenä käänsi kaukoputkensa Andromedan tähtisumuun ja näki, että se ei hajonnut tähdiksi, kun sitä katsottiin hänen kaukoputkensa linssien läpi. Mundus Iovialis -teoksessaan (1614) Marius kuvaili näkemäänsä seuraavasti:

Ensimmäinen niistä on se, että kaukoputkella 15. joulukuuta 1612 alkaen löysin ja havaitsin kiintotähden, jolla on tietty ihmeellinen muoto, jota en löydä koko taivaalta. Se on lähellä Andromedan vyön kolmatta ja pohjoisinta kohtaa. Ilman kojetta se näkyy jonkinlaisena pienenä pilvenä; ja kojeen kanssa ei näy mitään erillisiä tähtiä, kuten Syöpään tähtisumussa ja muissa tähtisumuissa, vaan ainoastaan valkoisia säteitä, jotka tulevat esiin sitä kirkkaampina, mitä lähempänä keskustaa ne ovat; keskellä on himmeä ja vaalea valo, ja sen halkaisija on noin neljännes asteen verran. Suunnilleen sama kirkkaus näkyy, kun kirkasta kynttilää tarkkaillaan kirkkaan lyhdyn läpi kaukaa.

Simon Marius Mundus Iovialis -teoksen etusivulta Lähde: Houghton_GC6_M4552_614m_-_Simon_Marius_-_cropped: Wikimedia Commons

Sumujen tutkimus tuli täysi-ikäiseksi ensin 1700-luvulla ranskalaisen komeetanmetsästäjän Charles Messierin (1730-1817) työn myötä. Jotta komeetanmetsästäjien olisi helpompi erottaa mahdolliset komeettahavainnot muista yötaivaalla esiintyvistä epämääräisistä ja sumuisista kohteista, Messier alkoi laatia luetteloa kaikkien sellaisten kohteiden sijainnista ja ulkonäöstä, jotka hän havaitsi yöllisillä valvojillaan. Hänen teoksensa, jonka lopullinen versio julkaistiin vuonna 1781 ja joka tunnetaan nykyään nimellä Messierin luettelo, sisältää luettelon 110 Messierin kohteesta, aikanaan sumuista ja tähtijoukoista. Messierin kohteita tunnetaan nykyään 39 galaksia, 5 planetaarista tähtisumua, 7 muun tyyppistä tähtisumua ja 55 tähtijoukkoa. Andromedan tähtisumu, jonka löytämisen Al Sufin kirjasta tietämätön Messier virheellisesti liittää Mariuksen syyksi, on Messierin kohde M31.

Charles Messier, ranskalainen tähtitieteilijä, 40-vuotiaana Lähde: Messierin kirjasto: Wikimedia Commons

Vaikka Messierin luettelo koottiin auttamaan komeetanmetsästäjiä erottamaan potentiaalisia komeettoja muista himmeistä taivaankappaleista, sitä pidetään yleensä varhaisena esimerkkinä niin sanotusta syvän taivaan tähtitieteestä; eli kaukana aurinkokunnan ulkopuolella olevien kohteiden tutkimisesta. Syvän taivaan tähtitiedettä harjoitti ensimmäisenä järjestelmällisesti William Herschel, joka yhdessä sisarensa Carolinen kanssa kartoitti järjestelmällisesti taivasta kvadrantti kvadrantilta ja kirjasi 20 jalan pituisella peilikaukoputkellaan kaikki löytämänsä ei-tähdelliset kohteet. Caroline ja hän kirjasivat 2400 tähtisumua kolmeen luetteloon.

William ja Caroline Herschel kiillottamassa kaukoputken linssiä, 1896 litografia. Lähde: Herschel Hersheles: Wellcome Collection via Wikimedia Commons

He luokittelivat tallentamansa kohteet kahdeksaan luokkaan: (I) kirkkaat sumut, (II) himmeät sumut, (III) hyvin himmeät sumut, (IV) planetaariset sumut, (V) hyvin suuret sumut, (VI) hyvin tiiviit ja runsaat tähtijoukot, (VII) pienten ja suurten tähtien tiiviit tähtijoukot ja (VIII) karkeasti hajallaan olevat tähtijoukot. Herschelin poika ja myöhemmin John Dreyer laajensi Herschelin luetteloa, ja vuonna 1888 siitä tuli 7840 syvän taivaan kohteen uusi yleisluettelo (New General Catalogue, NGC). NGC-numerointia käytetään edelleen useimpien luetteloon merkittyjen kohteiden kohdalla. Vuonna 1785 Herschel havaitsi Andromedan ydinalueella heikon punertavuuden. Hän uskoi Andromedan olevan kaikista suurista tähtisumuista lähin.

Vuonna 1750 englantilainen tähtitieteilijä Thomas Wright (1711-1786) julkaisi teoksensa An Original Theory on New Hypothesis of the Universe (Alkuperäinen teoria maailmankaikkeuden uusista hypoteeseista), jossa hän kuvasi ensimmäisenä oikein Linnunradan galaksin muodon. Hän myös arveli, että himmeät tähtisumut olivat itse asiassa kaukaisia galakseja. Hänen hyvin tarkkanäköiset ajatuksensa jäivät kuitenkin spekulaatioiksi, joita hän ei pystynyt todentamaan.

Thomas Wright vuonna 1737 Lähde: Wikimedia Commons

Illustration of groups of stars, from An original theory or new hypothesis of the Universe, plate XVII Lähde: Wikimedia Commons

Huomionarvoista on, että saksalainen filosofi Immanuel Kant (1724-1804) tarttui hänen spekulaatioihinsa ja kehitti niitä edelleen anonyymisti julkaistussa teoksessaan Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (Yleinen luonnonhistoria ja taivaan teoria) (1755). Tuohon aikaan sen enempää Wrightin kuin Kantinkaan teoriat eivät saaneet suurta uskoa, mutta jälkikäteen molempia on ylistetty havaintokyvystään.

Vuonna 1850 William Parsons pystyi 1800-luvulla rakennetulla suurimmalla heijastavalla teleskoopilla, Leviathan of Parsonstownin teleskoopilla, tunnistamaan Andromedan tähtisumun spiraalirakenteen ensimmäistä kertaa. Tämä oli vain yksi monista spiraalisumuista, todellisuudessa galakseista, jotka hän pystyi tunnistamaan.

1900-luvun suurin kaukoputki, Leviathan of Parsonstown. Lähde: Slipher: Wikimedia Commons

Vuonna 1864 William Huggins, tähtien spektroskopian uranuurtaja, huomasi, että Andromedan spektri poikkeaa kaasusumun spektristä. Hugginsin havainnoimassa spektrissä oli samoja piirteitä kuin yksittäisten tähtien spektrissä, mikä johti hänen päätelmäänsä, että Andromeda oli itse asiassa luonteeltaan tähtimäinen.

Sir William Huggins, by_John_Collier Lähde: John Collier: Wikimedia Commons

Olemme päässeet jo pitkälle Al Sufin ensimmäisestä kirjauksesta pienestä pilvestä. Vuonna 1887 Isaac Roberts, joka piti spiraalisumuja muodostumassa olevina aurinkokunnina, otti Andromedasta ensimmäisen kerran valokuvan.

Isaac Robertsin kuva Andromedan suuresta sumusta Lähde: Wikimedia Commons

Vuonna 1912 amerikkalainen tähtitieteilijä Vesto Slipher mittasi Andromedan pyörimisnopeudeksi spektroskopian avulla 300 kilometrin sekuntinopeuden, joka oli suurin tähän mennessä mitattu nopeus.

V.M. Slipher, Lowellin observatorion tähtitieteilijä vuosina 1901-1954. Lähde: Curt Curt Curt Curt Curt Curt Curt Curt Curt Curt: Wikimedia Commons

Vuonna 1917 Heber Curtis havaitsi novan Andromedassa ja löysi yksitoista muutakin valokuvaa. Nämä olivat keskimäärin kymmenen magnitudia heikompia kuin muut taivaalla havaitut. Näiden tietojen perusteella hän arvioi Andromedan olevan 500 000 valovuoden päässä. Curtis esitti nyt saariuniversumihypoteesin eli spiraalisumut ovat itse asiassa itsenäisiä galakseja.

Heber Doust Curtis poseeraa Crossley-teleskoopin edessä. Lähde: Wikimedia Commons

Huhtikuun 26. päivänä 1920 Heber Curtis ja Harlow Shapley kävivät Smithsonian luonnonhistoriallisessa museossa niin sanotun suuren väittelyn spiraalisumujen luonteesta. Curtis väitti, että ne olivat kaukaisia itsenäisiä galakseja, Shapley taas, että ne olivat paljon pienempiä ja paljon lähempänä ja siten Linnunradan galaksin sisällä, joka oli koko maailmankaikkeus. Tämä väittely nosti kysymyksen tähtitieteen ensisijaiseksi kysymykseksi.

Muotokuva Harlow Shapelystä Lähde: Wikimedia Commons

Vuonna 1922 Ernst Öpik mittasi Andromedan etäisyyden tähtien nopeuden avulla. Hänen arvionsa oli 1 500 00 valovuotta.

Ernst Julius Öpik Lähde: Wikimedia Commons

Kuten sanoin avauskappaleessa Edwin Hubble ratkaisi lopullisesti materian, kun hän mittasi Andromedan etäisyyden Cepheidin muuttuvien tähtien avulla ja todisti lopullisesti, että Andromeda ei ollut Linnunradan sisällä oleva tähtisumu vaan erillinen galaksi. Tämän tuloksen myötä syntyi galaktisen tähtitieteen aikakausi.

Studio Portrait of Edwin Powell Hubble. Valokuvaaja: Johan Hagemeyer Lähde: Wikimedia Commons

Kiinnostavan menetelmän etäisyyksien määrittämiseksi kefeidien avulla kehitti Henrietta Swan Leavitt, yksi Harvardin tietokoneista, tutki tuhansia muuttuvia tähtiä Magellanin pilvissä vuonna 1908; hän julkaisi tuloksensa vuonna 1912.

Henrietta Swan Leavitt työskentelee työpöytänsä ääressä Harvard Collegen observatoriossa Lähde: Wikimedia Commons

Varhainen valokuva ”Pickeringin haaremista” eli Harvardin tähtitieteilijä Edward Charles Pickeringin kokoamasta naisryhmästä, jota kutsuttiin hänen ”tietokoneikseen”. Ryhmään kuuluivat Leavitt, Annie Jump Cannon, Williamina Fleming ja Antonia Maury. Source: Wikimedia Commons

Tarina Andromedan historiallisesta matkasta Al Sufin tähtisumusta Curtisin galaksiin havainnollistaa hyvin hienosti sitä, miten tieteellinen tietämys kasvaa ajan mittaan, kun tutkijasukupolvet, joilla on erilaisia intressejä ja motiiveja, myötävaikuttavat suoraan ja epäsuorasti tuohon kasvuun.

Viitettä muutettu 11. tammikuuta 2018