Suomalaiset tähtitieteilijät tekivät ensimmäisen interferometrisen mittauksen asteroidin pimentäessä kaukaisen radiogalaksin

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.

Tämän avulla tutkijat hahmottelivat asteroidin muodonmallintamalla 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 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 https://public.nrao.edu/news/vlba-measures-asteroids-characteristics/.

Tutkimus julkaistaan The Astronomical Journal -lehdessä. Se on luettavissa open access -versiona arXiv:ssa https://arxiv.org/abs/1804.05640.

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)

Kuvat:

Tiedotteen alkukuvan kuvateksti:

Palman varjon kulku Pohjois-Amerikan luoteisosan poikki 15.5.2017. Nuolen pituus vastaa varjon 10 sekunnissa kulkemaa matkaa (510 km). 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 Aragon piste ja geometristä varjoa ympäröivä kirkas rengas, jotka havaittiin selvästi tässä mittauksessa.

Tiedotteen alkukuva: Jorma Harju

Kuvasarjan kuvateksti:

Vasemmalla: Asteroidin siluetti okkultaatiohavainnon aikana. Asteroidin pettämän radiogalaksin paikka on merkitty ristillä. Katkoviiva ja nuoli osoittavat asteroidin ylikulun suunnan taivaalla. Akselit osoittavat kulmapoikkemaa taustalähteen suunnasta kaarisekunnin tuhannesosina (mas).

Keskellä: Maan pinnalla havaittavan diffraktiokuvion suhteellinen kirkkausjakauma. Akselit osoittavat etäisyyttä kilometreinä Brewsterin radioantenniin, joka ainoana VLBA:han kuuluvista antenneista jäi varjon sisään. Katkoviiva ja nuoli osoittavat Brewsterin antennin havaitseman leikkauksen diffraktiokuviosta.

Oikealla: Maan pinnalla havaittava vaihepoikkeama ylikulun aikana. Akselit ja merkinnät samat kuin keskimmäisessä kuvassa.

Kuvasarja: Jorma Harju

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

Lue lisää:

Paikkatietokeskus, Maanmittauslaitos https://www.maanmittauslaitos.fi/tutkimus
VLBA-teleskoopeista: https://en.wikipedia.org/wiki/Very_Long_Baseline_Array
Aragon piste: https://en.wikipedia.org/wiki/Arago_spot
NRAO:n tiedote: https://public.nrao.edu/news/vlba-measures-asteroids-characteristics/
Tiedote Astrobites-sivustolla: https://astrobites.org/2018/05/16/

Twitter: @astrobites @KumpulaPhysics @KumpulaScience @maanmittaus @markkupoutanen @MinnaMeriTenhu