Suomalaiset tähtitieteilijät tekivät ensimmäisen interferometrisen mittauksen asteroidin pimentäessä kaukaisen radiogalaksin

14.9.2018
Palma-asteroidin ohikulku kesti 20 sekuntia, se riitti asteroidin muodon määrittämiseen säteilymuutoksen mittauksella.

Helsingin yliopiston ja Paikkatietokeskuksen tähtitieteilijät ovat tehneet ensimmäisen radiointerferometrisen mittauksen tapahtumasta, jossa aurinkokuntaan kuuluva asteroidi peittää hetkeksi kaukaisen radiogalaksin. Mittaus tehtiin Very Long Baseline Array (VLBA) -antenniryhmällä Yhdysvalloissa.

Kysymyksessä on ensimmäinen tähtitieteellinen havainto, jossa diffraktiosta johtuva säteilyn vaihemuutos on mitattu.

– Toinen havaituista taivaankappaleista on lähellä, toinen hyvin kaukana, se oli lähtötilanteemme. Havaintojen aikana, 15. toukokuuta 2017, Palma-nimiseltä asteroidilta valo ehti maahan vajaassa puolessa tunnissa, kun taas taustakohteena käytetyn radiogalaksin valo oli ollut matkalla vähintään 6.4 miljardia vuotta, kertoo mittauksiin osallistunut yliopistotutkija Jorma Harju Helsingin yliopistosta.

Diffraktiokuvio koostuu valorenkaista, joiden avulla määritetään asteroidin koko ja paikka

VLBA:n antennit sijaitsevat eri puolilla Yhdysvaltoja. Asteroidin varjo osui Brewsterin antenniin maan luoteisosassa.

Kun Palma-asteroidi peitti taustalähteen, kaukaisen mutta voimakkaasti säteilevän galaksin, tutkijat havaitsivat tavanomaisen varjon sijaan diffraktiokuvion, joka koostuu himmeistä ja kirkkaista renkaista.

– Ilmiö johtuu säteilyn aaltoluonteesta. Rengaskuvion perusteella saatoimme määrittää asteroidin koon ja paikan havaintohetkellä hyvin tarkasti, Jorma Harju sanoo.

Diffraktiosta johtuva säteilyn vaihemuutos

Käytetyn interferometriatekniikan ansiosta tutkijat pystyivät mittaamaan kirkkausmuutosten lisäksi myös diffraktiosta aiheutuvan vaihemuutoksen eli aallonharjojen siirtymän noin 20 sekuntia kestäneen asteroidin ohikulun aikana.

Asteroidin muoto selvisi mallintamalla säteilyn voimakkuutta ja vaihetta

Tämän avulla tutkijat hahmottelivat asteroidin muodon mallintamalla sekä säteilyn voimakkuutta että vaihetta.

Palma on liian pieni ja heikkovaloinen, jotta sen muodon voisi määrätä perinteisesti kuvaamalla. Tämän radiolähteen, galaksin, peittäneen Marsin ja Jupiterin ratojen välissä sijaitsevaan asteroidivyöhykkeeseen kuuluvan asteroidin läpimitta on noin 190 kilometriä. Havaintohetkellä sen kulmaläpimitta oli alle 0.1 kaarisekuntia.

Mitatussa kirkkausjakaumassa (sivupalkin kuva) näkyy selvästi ns. Aragon piste, kirkas piste tummimman varjon keskellä. Aragon pisteen kokeellinen todentaminen laboratoriossa tasan 200 vuotta sitten oli yksi tärkeimmistä todisteista valon aaltoluonteen puolesta.

– Tuohon aikaan oli käynnissä väittely siitä, onko valo hiukkasia vai aaltoja. Sata vuotta myöhemmin Einstein osoitti pitävästi, että valolla on sittenkin myös hiukkasluonne, Jorma Harju kertoo.

Suomalaiset ovat edelläkävijöitä asteroidiokkultaatioiden radiohavaintojen tekijöinä

Tapahtumaa, jossa etualan kohde peittää taustalla olevan kirkkaan säteilylähteen kutsutaan okkultaatioksi. Suomalainen ryhmä on edelläkävijä asteroidiokkultaatioiden radiohavaintojen alalla. Pari vuotta sitten erikoistutkija Kimmo Lehtinen Paikkatietokeskuksesta kollegoineen mittasi ensimmäisenä maailmassa asteroidiokkultaation radioaalloilla käyttäen yhtä radioantennia.

Lehtisen johtama ryhmä on saanut ensi vuoden heinäkuussa tapahtuvaa okkultaatiomittausta varten kansainvälisesti kovasti kilpailtua mittausaikaa Chilessä sijaitsevalta ALMA-teleskoopilta. Tuleva työ tulee olemaan ensimmäinen kytketyllä antenniryhmällä tehty mittaus asteroidiokkultaatiosta. Koska ALMAn kaikki antennit jäävät diffraktiokuvion sisään, mittauksesta on tulossa ennennäkemättömän tarkka.

VBLA:lla tehdystä mittauksesta uutisoi Yhdysvaltain kansallinen radioastronominen observatorio, NRAO, lehdistötiedotteessaan.

Tutkimus julkaistaan The Astronomical Journal –lehdessä. Se on luettavissa open access -versiona arXiv:ssa.

Viite:
Jorma Harju, Kimmo Lehtinen, Jonathan Romney, Leonid Petrov, Mikael Granvik, Karri Muinonen, Uwe Bach & Markku Poutanen: Radio Interferometric Observation of an Asteroid Occultation, The Astronomical Journal, 156, 2018

Ensimmäinen asteroidiokkultaation mittaus radioaalloilla käyttäen yhtä radioantennia, vuonna 2016, Kimmo Lehtinen, Uwe Bach, Karri Muinonen, Markku Poutanen, Leonid Petrov: Asteroid Sizing by Radiogalaxy Occultation at 5 GHz, The Astrophysical Journal Letters, 822, L21

Interferometri:
Optinen laite, joka yhdistää kahdesta eri lähteestä tulevat valoaallot tai muut aallot yhdeksi kuvaksi eli interferenssikuvioksi. (Wikipedia)

Aloituskuva kuvaa Palman varjon kulku Pohjois-Amerikan luoteisosan poikki. Varjo ylitti VLBA-antenniryhmään kuluvan Brewsterin antennin. Viisi muuta VLBA-antennia mittasivat pimentymätöntä radiogalaksia. Tämän ansiosta diffraktion aiheuttamat kirkkaus- ja vaihemuutokset voitiin mitata hyvin tarkasti. Varjoon on hahmoteltu paitsi Aragon piste myös geometristä varjoa ympäröivä kirkas rengas, jotka havaittiin selvästi tässä mittauksessa.

Yhteystiedot:
Jorma Harju, 050 553 9152, jorma.harju@helsinki.fi

Lue lisää:
Paikkatietokeskus, Maanmittauslaitos
VLBA-teleskoopeista
Aragon piste
NRAO:n tiedote
Tiedote Astrobites-sivustolla

Seuraa Twitterissä: @KumpulaPhysics @KumpulaScience @MinnaMeriTenhu @maanmittaus @markkupoutanen @astrobites @Ursa_ry

Lue lisää aiheesta: Luonnontieteet