Nyt näemme syvemmälle avaruuteen ja kaukaisempaan historiaan kuin koskaan – Webb-teleskoopin ensimmäinen kuva julkistettiin

Avaruuden tuntemattomia alueita näkyy kuvissa, joita Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa julkaisee tiistaina. Ne kertovat, mihin hyvin tarkka teleskooppi Webb pystyy lähivuosina.

Avaruusteleskooppi James Webbin ensimmäinen julkaistu värikuva. Kuvan punertavat kaaret ja pallukat ovat säteilyä galakseista hyvin varhaisessa universumissa. Webbin tarkka kamera NIRCam toi nämä galaksit näkyviin ensi kertaa. Niissä on rakenteita, joita ihmisen silmä ei ole koskaan aiemmin nähnyt.

12.7. 2:00 | Päivitetty 13.7. 14:34

Tarkka värikuva kaukaa avaruudesta, kauempaa kuin koskaan.

Sellaisen kuvan julkaisi Yhdysvaltain avaruushallinto Nasa julkaista tiistain vastaisena yönä.

Kuva julkaistiin Valkoisessa talossa aamuyöllä kello yhden jälkeen. Kuvan julkisti Yhdysvaltain presidentti Joe Biden. Paikalla oli myös varapresidentti Kamala Harris.

Nasa julkaisee lisää uusia kuvia avaruudesta tiistaina illansuussa. Ne ovat kaikki tarkkuudeltaan sellaisia, jota ei ole ennen nähty.

Kuvat on ottanut kesä-heinäkuussa avaruusteleskooppi James Webb.

Ensimmäisessä kuvassa näkyy vain murto-osien murto-osia galakseista, joita universumissa on.

”Sata vuotta sitten luulimme, että galakseja on vain yksi. Nyt tiedämme, että niitä voi olla äärettömästi”, kommentoi Nasan johtaja Bill Nelson Valkoisessa talossa.

Kuva peittää taivaasta vain noin hiekanjyvän kokoisen alueen, jos jyvää pitää käsivarren etäisyydellä silmistä. Kuva on yhdistelmä, jota valotettiin eri aallonpituuksilla 12, 5 tuntia.

Kuvan keskellä galaksijoukko SMACS 0723 näkyy sellaisena, kuin se oli 4,6 miljardia vuotta sitten. Sen massa kuitenkin toimii gravitaatiolinssinä.

Galaksijoukko tuo siksi esiin paljon etäisempiä galakseja sen takana. Valo niistä on lähtenyt selvästi yli 13 miljardia vuotta sitten.

Näin Webb pääsi syvyyksiin, jonne avaruusteleskooppi Hubblen, eikä muiden teleskooppien, valovoima ole koskaan yltänyt.

Webb on suurin, valovoimaisin ja kallein avaruusteleskooppi kautta aikojen. Nasan insinöörit ovat nyt virittäneet sen laitteita puolisen vuotta.

Tuona aikana se jo oli avaruudessa. Webb lähetettiin avaruuteen viime joulupäivänä. Webbin suunnittelu alkoi kuitenkin jo yli 30 vuotta sitten.

Hanke on maksanut kaikkineen yli kymmenen miljardia dollaria eli noin kymmenen miljardia euroa.

Nasa näyttää nyt aluksi lavean kattauksen siitä, mihin kaikkeen tämä avaruuteen vaivalla viety tutkimuslaite kykenee. Se kuvaa avaruutta vuosien ajan tästä eteenpäin.

Laitteiden tarkka viritys saatiin kuntoon kesäkuun lopulla. Neljä isoa mittalaitetta voivat toimia 17 eri tilassa.

Yksi julkaistavista kuvista otettiin kesäpäivänseisauksen aikoihin.

”Se on etäisin kuva universumistamme, joka on koskaan otettu”, sanoi Nasan johtaja Bill Nelson kesäkuun lopulla.

Kuvan valo on lähtenyt matkaan jopa yli 13,6 miljardia vuotta sitten.

”Ihmiskunta ei ole aiemmin nähnyt näin kauas. Alamme hiljalleen ymmärtää, mitä kaikkea Webb voi nähdä.”

Nelson kertoi kuviin liittyvistä odotuksista 29. kesäkuuta Avaruusteleskooppien tiedeinstituutissa Yhdysvaltain Baltimoressa.

Kaukaisimpia kohteita Webb kuvaa myös jatkossa eniten. Kuvat ovat ajalta, jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit syntyivät maailmankaikkeuteen. Tuosta ajasta on saatu tähän mennessä vain epäsuoria havaintoja.

Webb näkee hyvin kauas ison, läpimitaltaan 6,5-metrisen pääpeilinsä ansiosta. Koska Webb havainnoi lämpösäteilyä, se näkee myös avaruuden pöly- ja kaasupilvien lävitse.

Kuvan julkistanut Yhdysvaltain presidentti Joe Biden korosti puheessaan maansa ylivertaisuutta sekä mainitsi myös kansainvälisen yhteistyön merkityksen.

”Tämä näyttää sen, miten Amerikka johtaa maailmaa – yhteistyössä muiden kanssa”, hän totesi ennen kuvan paljastamista.

"Amerikka voi tehdä isoja asioita. Voimme mennä paikkoihin, jonne kukaan muu ei ole aiemmin mennyt. Amerikkaa kuvaa vain yksi sana: mahdollisuus. Tällainen olemme maana: mahdollisuuksien maa.”

James Webb -teleskooppi on Nasan johtama yhteistyöhanke, jossa ovat mukana myös Euroopan ja Kanadan avaruusjärjestöt.

Kaukaisista avaruuden kohteista mitataan juuri niiden lämpösäteilyä. Ajan kuluessa eli miljardien vuosien aikana maailmankaikkeus on laajentunut. Samalla etäisten kohteiden säteilyn aallonpituus piteni infrapunaan päin.

Koekuva näyttää, kuinka paljon tarkempi Webb on kuin edeltäjänsä. Vasemmalla kuva Plejadien eli Seulasten tähtikuviosta 17 vuoden takaa. Sen otti avaruusteleskooppi Spitzer. Oikealla Webbin koekuva samasta paikasta.

Keskikesän jälkeen Webbin isoja peilejä on jo ohjattu muihinkin kohteisiin suunnattomassa avaruudessa.

Webb on ehtinyt Nasan mukaan kuvata ”tosissaan” noin 120 tuntia.

Tiistaina on luvassa ehkä kuvia myös lähiavaruudesta. Näemme ehkä yhä tarkempia versioita planeetoista, joiden nimiä muistamme koulukirjoista.

Mieleen tulevat heti esimerkiksi Jupiter ja sen isot kuut. Ne ovat myös Webbin alkuaikojen kuvauslistoilla.

Nasan tarkoitus on näyttää 10–20 kuvan avulla, mihin kaikkeen Webb jatkossa pystyy.

On arvioitu, että Webb voi kuvata avaruutta jopa 20 vuotta. Kaikkia kuvia ei siis tuupata ulos nyt, eikä edes lähivuosina.

Eksoplaneetat ovat Webbin yksi iso tärkeä kohde. Ne kiertävät muuta tähteä kuin omaa Aurinkoamme.

Eksoplaneettoja on löytynyt yli 30 vuoden aikana yli 5 100. Silti harvan eksoplaneetan kaasukehän koostumusta on voitu mitata, ainakaan kovin tarkasti.

Webbillä on siihen tarkat laitteet. Teleskooppi mittaa valittujen planeettojen kaasukehien koostumuksia.

Kaasukehän kemia selviää tutkimalla sen valon spektriä, joka kulkee kaasukehän läpi.

Kaasukehän koostumus voi kertoa paljon siitä, olisiko eksoplaneetan pinnalla minkäänlaista elämää, edes alkeellista.

Kaasukehästä voi myös päätellä, onko planeetalla vettä ja sen, millainen maaperä planeetalla on.

Tiistaiksi Nasa on lupaillut kuvaa tai kuvia eksoplaneetan kaasukehästä. Se on ehkä eksoplaneetta WASP-96b, jonka kaasukehässä on havaittu pilviä.

Metaanin runsaus kaasukehässä viittaa esimerkiksi siihen, että mikrobit tuottavat sitä planeetalla. Se olisi siis yksi biomerkki.

Elämään viittaisivat myös sellaiset teollisesti valmistetut kemikaalit, joita ei ole koskaan löydetty luonnosta. Jonkin eliön on pitänyt valmistaa niitä.

Esimerkiksi freonit eli kloorista, fluorista ja hiilestä koostuvat kemialliset yhdisteet olisivat esimerkkejä teollisesta valmistuksesta.

Kasvit heijastavat yhteyttäessään infrapunavaloa. Se voi näkyä Webbin ottamissa kuvissa punaisena reunuksena. Myös se voisi paljastaa planeetalla lymyävän elämän.

Elämän läsnäoloa voisi tulkita myös hukkalämmön tai keinovalon perusteella, joka leviäisi planeetalta avaruuteen.

KiinnostaviA eksoplaneettoja ovat ne seitsemän eksoplaneettaa, jotka ovat punaisen kääpiötähden Trappist-1:n ympärillä. Niiden löytymisestä kerrottiin toukokuussa 2016.

Trappist-1 on punainen kääpiö. Se on siis punertavan himmeä ja Aurinkoamme pienempi tähti, joka tarjoaa elämälle sopivan vyöhykkeen joillekin planeetoille.

Toisaalta punainen kääpiö on alkuvaiheessa, nuorena tähtenä, myös hyvin epävakaa. Siitä lähtee energiapurkauksia, jotka voivat tuhota orastavaa elämää.

Pitkällä valotusajalla avaruusteleskooppi Hubble löysi vuosituhannen alussa tyhjältä näyttävästä avaruudesta aina vaan uusia galaksia. Nämä Deep Space -valokuvat innoittivat tähtitieteilijöitä 1990-luvulla. Niinpä he alkoivat suunnitella kaukoputkea, joka näkisi avaruuteen vielä kauemmas kuin Hubble. Syntyi James Webb.

Avaruusteleskooppi James Webb kurottaa myös aikaan, jolloin ensimmäiset galaksit ja tähdet syntyivät.

Galaksit ja varhaiset mustat aukot syntyivät avaruuden aikajaksoilla mitattuina varsin nopeasti.

Niitä oli kaikkeudessa jo muutama sata miljoona vuotta kaiken alun eli alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä on voitu päätellä aiempien tutkimusten perusteella.

Mutta miten galaksit syntyivät? Oliko isoja mustia aukkoja ennen kuin isoja galakseja? Webb tarjonnee vastuksia tähän muna-kana -ongelman.

Tähtitieteilijät eivät vieläkään tarkalleen tiedä, miten painovoima alkoi koota ja ryhmittää nuoria tähtiä galakseiksi.

Koko maailmankaikkeus koostuu nykyään enimmäkseen galakseista.

Niistä vanhimmat ovat muodoltaan pyöreämpiä kuin nykyiset, kuten Linnunratamme. Omamme on kierteisgalaksi, tai oikeammin sauvakierteisgalaksi.

Lisäksi universumissa on paljon pienempiä galakseja, kuten Magellanin pilvet Linnunradan lähellä.

Kääpiögalakseja löytyy koko ajan lisää. Ennen pitkää isot syövät ne. Täysin galakseista irrallisia tähtiä on harvassa. Nekin ajautuvat ennen pitkää isompien galaksien syliin.

Nasan taiteilijan näkemys siitä, miltä varhainen sininen tähti saattoi näyttää. Sinisten tähtien pintalämpötila on 11 000–14 000 astetta Celsiusta, eli ne ovat pinnalta paljon kuumempia kuin Aurinkomme.

Universumin ensimmäiset tähdet olivat sinisiä jättiläisiä. Niissä oli alkuräjähdyksen jäljiltä lähinnä vain kahta alkuainetta: vetyä ja heliumia. Päälle ehkä myös hiukan alkuaine litiumia.

Näitäkään tähtiä ei ole koskaan suoraan havaittu.

Tähtitieteilijät eivät vielä tiedä, syntyivätkö aikojen alun siniset jättiläiset erikseen vai joukoissa.

Ne ehkä kehittyivät joukkoina yhdessä kaasu- ja pölypilvissä, jotka koostuivat vedystä ja heliumista.

Sininen jättiläinen on 50–500 kertaa omaa Aurinkoamme suurempi kaasujätti. Sen sininen väri kielii sitä, että tähti polttaa fuusiossa itsensä loppuun nopeasti. Sininen jättiläinen elääkin ”vain” noin sata miljoonaa vuotta.

Alkuperäisiä sinisiä jättiläisiä ei ole löydetty maailmankaikkeudesta.

Muitakin syntyviä tähtiä tutkitaan. Avaruusteleskooppi Webb etsii niitä menneisyydestä. Webbin katse suuntautunee jossain vaiheessa Orionin kaasusumuun.

Kun tähti kuolee, sen jäänteistä syntyy universumiin raskaampia alkuaineita kuin vety ja helium, aina rautaan saakka.

Kun Aurinkoa selvästi suurempien tähtien energia hiipuu, ne räjähtävät. Silloin syntyy supernovia.

Ne tuottavat rautaakin raskaampia alkuaineita. Oma kotitähtemme Aurinko on tässä tähtien ja alkuaineiden synnyn aikajärjestyksessä vasta monen polven tulos, sanovat tähtitieteilijät.

Samoja alkuaineita päätyi räjähdysten jälkeen myös maapallolle. Ne ovat osaltaan mahdollistaneet monimutkaisen elämän kehittymisen.

Ristiriitaisesti tähtitieteilijät kutsuvat ensimmäisiä sinisiä tähtiä kolmannen polven tähdiksi. Joka tapauksessa ilmiö kertoo, että tähtiin kasautuu universumin eri aikoina eri alkuaineita, vedystä raskaimpiin, kuten uraaniin.

Alkuaineiden synty tähdissä kevyestä vedystä ja heliumista rautaan, ja sitä raskaampiin alkuaineisiin, osattiin selittää ensi kertaa vasta 1957.

Perusteellinen fyysikkojen ja tähtitieteilijöiden tutkimus tästä on saanut slanginimen B2FH. Alkuaineiden syntyä selittivät parhaiten neljä fyysikkoa, josta tuo lyhenne: aviopari Margaret ja Geoffrey Burbidge, William Fowler ja Fred Hoyle.

Alkuaineiden synty tähdissä osataan selittää. Kuvassa yksi Webbin koekuvista maaliskuun lopulta. Kokeessa Webbin peilien kohdennusta tarkennettiin. Tähti sijaitsee noin 2 000 valovuoden päässä Maasta ja Webbistä.

”Webb voi vastata perustaviin kysymyksiin: Mistä me oikein tulemme? Mitä muuta on tuolla kaukana jossain?”, sanoo Nelson.

”Se voi myös vastata kysymyksiin, joita me emme ole edes vielä osanneet kysyä.”

Webbin tieteellinen työ alkaa vasta ensimmäisten kuvien jälkeen.

Laite tutkii esimerkiksi myös universumin pimeää ainetta haloista eli avaruuden kaasupilviä ympäröivistä valoista. Se löytää helposti kvasaareja, jotka ovat universumin kirkkaimpia kohteita. Muinaisissa kvasaareissa kaasut kuumenevat ja valaistuvat isojen mustien aukkojen ympärillä.

Emme vieläkään tiedä varmasti sitäkään., mistä maapallo sai kaiken vetensä. Tuliko se asteroidien mukana? Vai oliko vesi jo mukana, kun Maa muodostui kertymäkiekossa Auringon ympärille yli 4,5 miljardia vuotta sitten?

Tämän ongelman voi ehkä selvittää tutkimalla avaruudessa syntyneitä ja yhä syntyviä muita planeettakuntia.

Kohteita siis riittää. Siksi Webbin ensimmäisen vuoden tunnit on jo varattu. Tätä tutkimuksen ensiosaa tutkijat kutsuvat nimellä Cycle 1.

Havaintoihin anoi aikaa jo 2020-luvun alussa yli tuhat tutkijaryhmää, 44 maasta.

Hakemuksia arvioitiin hakijoiden nimiä tietämättä 19 eri paneelissa, joissa oli yhteensä yli 200 asiantuntijaa. Mukaan otettiin 286 tutkimusta.

Webb tutkii ensivuonnaan noin kolmanneksen ajastaan galakseja ja tähtien syntymiä. Noin viidennes ajasta on omistettu eksoplaneetoille.

Yli kuusi prosenttia ajasta on varattu oman aurinkokuntamme tutkimiseen, viitisen sen tutkimiseen, millä vauhdilla avaruus laajenee. Laajenemisen vauhdista on eri tulkintoja.

Oikaisu 12. heinäkuuta kello 7.30: Grafiikasta saattoi saada käsityksen, että Webb löysi Erandel-tähden ja HD1-galaksin. Ne löytyivät muilla laitteilla.

Seuraa ja lue artikkeliin liittyviä aiheita

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat