AVARUUDEN HEHKUVAT SUMUPILVET

Madonreiässä kurkistetaan tällä kertaa kaasusumujen maailmaan. Nämä värikkäät syvän taivaan kohteet ovat juuri niitä, joita esimerkiksi lehdet käyttävät etusivuillaan houkutellakseen lukijoita. Ei siis ihme, että erilaiset kaasusumut ovat tänä päivänä myös useiden tähtikuvaajien suosikkiaihe. Nämä monipuoliset ja värikkäät kohteet tarjoavat mahdollisuuksia visuaaliseen leikittelyyn ja internetiä selaamalla löytää helposti mitä upeampia taideteoksia erilaisista sumupilvistä. Kauneuden lisäksi sumuilla on toki myös tärkeä rooli maailmankaikkeuden, galaksien ja aurinkokuntien kehityksen ymmärtämisessä. Tämän lyhyen alutuksen jälkeen voidaankin siirtyä suoraan kaasusumujen ihmeelliseen maailmaan.

Rosettesumu on malliesimerkki näyttävästä kaasusumusta. Kevola, Paimio, 21.2.2017.

Avaruuden tyhjiöstä puhuttaessa tulee helposti mieleen ääretön olemattomuus, joka ei koostu oikeastaan mistään. Tähtienvälinen avaruus ei kuitenkaan ole aivan tyhjä, vaan se sisältää erilaisia kaasuja (lähinnä vetyä) ja pölyä. Toisaalla kaasumolekyylit ovat hyvin harvassa, kun taas toisaalla ne voivat muodostaa tiheämpiäkin kokonaisuuksia, molekyylipilviä. Nämä molekyylipilvet voivat olla helposti satojenkin valovuosien kokoisia ja massaltaan satoja tuhansia kertoja Auringon massaisia. Molekyylipilvien lämpötila on noin 10-20 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella. Suurin osa pilvien aineesta on vetyä, mutta myös muita molekyylejä pilvistä löytyy. Maasta katsottuna molekyylipilvet sijaitsevat Linnunradan tason suunnassa. Valtavasta koostaan huolimatta ne ovat kuitenkin niin himmeitä, että paljain silmin niitä ei voi havaita. Useimmat molekyylipilvet ovat varsin vakaita, mutta aina silloin tällöin jonkin pilven läheisyydessä voi esimerkiksi jokin tähti päättää päivänsä supernovana ja käynnistää mullistuksen kaasun käyttäytymisessä. Tällöin osa pilvestä voi alkaa tiivistyä ja käynnistää uuden tähtitehtaan. Monet kaasusumuista tunnetaankin juuri uusien tähtien syntymäpaikkana.

Orionin suuri kaasusumu on lähiseudun vilkkain tähtien syntymäalue. Sen ytimessä makaa pölyn takana piilossa noin 2 000 tähden muodostama erittäin nuori avoin tähtijoukko. Alueella on syntymässä uusia tähtiä yhä edelleen. Kevola, Paimio, 4.1.2017.

Lähikuva Velhosumun alueesta paljastaa sumujen rakenteelle ominaisen monimuotoisuuden. © Mikko Heino. Kevola, Paimio, 20.1.2015. Kuvan käsittely omaa työtä.

Se miten sumut meille näyttäytyvät riippuu lähinnä sen asemasta avaruudessa lähitähtien suhteen. Yksinkertaisimmillaan kaasusumu on vain tähtienvälistä kaasua ja pölyä, joka ei loista meille millään tavalla. Se vain makaa pimeänä sumuverhona taustansa edessä. Tällaisia sumuja kutsutaan pimeiksi sumuiksi ja ne näkyvät vain, jos niiden tausta on riittävän kirkas. Käytännössä se tarkoittaa niiden näkyvän vain Linnunradan kirkkaiden osien tai muiden kirkkaiden sumujen edustalla. Pimeät sumut voivat olla erittäin laajoja eli käytännössä koko molekyylipilven kokoisia, mutta luonnollisesti ne voivat olla toki myös erittäin pieniä. Pimeitä sumuja lienee Linnunradallamme kaikkein eniten, vaikka niiden havaitseminen onkin hyvin vaikeaa.

Hevosenpääsumu Orionin tähdistössä on ehkäpä tunnetuin pimeä sumu. Myös vierellä näkyvän Liekkisumun keskiö on pimeän pölypilven täyttämä. Kevola, Paimio, 14.2.2017.

Heijastussumut ovat puolestaan sumuja, jotka saavat valonsa jonkin niitä lähellä olevan tähden vaikutuksesta. Heijastuksen aiheuttaa tähtienvälisen kaasun sisältämä pöly. Sumun väri riippuu sen lähellä olevan tähden ominaisuuksista. Käytännössä sumut ovat kuitenkin yleensä sinertäviä, sillä nuoret valovoimaisimmat tähdet ovat juuri tämän värisiä ja kaasua esiintyy useimmiten juuri nuorien tähtien ympärillä. Heijastussumu ei säteile itse minkäänlaista valoa. Tunnetuin esimerkki heijastussumuista on Seulasten tähtien ympärillä loistava sininen hehku.

Seulasten tähtien ympärillä on laaja heijastussumujen alue. Kevola, Paimio, 27.12.2016.

Suurin osa näkyvistä laajoista ja värikkäistä sumuista on kuitenkin emissiosumuja. Myös ne ovat tähtienvälisestä kaasusta ja pölystä koostuvia pilviä. Ne poikkeavat kuitenkin pimeistä ja heijastussumuista niin, että ne säteilevät itse valoa. Loiste aiheutuu niitä lähellä sijaitsevista kuumista tähdistä, jotka usein ovat nuoria vastasyntyneitä tähtiä. Emissiosumujen pilvet koostuvat pääasiassa vedystä, jolloin tähtien säteily ionisoi kaasua irrottaen siis elektronit atomeista. Kun virittynyt tila laukeaa, syntyy säteilyä, jonka näemme valona. Koska pilven kaasu on pääasiassa vetyä, näkyy se meille pääasiassa punertavana hehkuna. Emissiosumujen spektrin aallonpituus näkyy vain hyvin kapealla aallonpituuksien kaistalla, joten niitä valokuvatessa käytetään usein erilaisia suodattimia kuten esimerkiksi H-alfaa, joka on tarkoitettu erityisesti vetypilvien kuvaamista varten. Ionisoituneen vedyn vuoksi emissiosumuja kutsutaan myös usein HII-alueiksi.

Sydän- ja sielusumujen alue Kassiopeian tähdistössä on hyvin laaja ja vetyrikas alue taivaalla. © Mikko Heino. Kevola, Paimio, 7.12.2015. Kuvan käsittely omaa työtä.

Emissiosumut sisältävät toisinaan myös erilaisia pienempiä yksityiskohtia, sillä toimivathan ne usein myös uusien tähtien syntyalueina. Eräänlaisia pimeitä tihentymiä ovat esimerkiksi globulit, jotka ovat taustaansa tummempia kohteita ja kooltaan yleensä noin yhden valovuoden kokoisia. Globulien alkuperää tai käyttäytymistä ei tunneta vielä täysin varmasti, mutta ne lienevät muodostumassa olevien tähtien esivaiheita. Globulit katoavat prototähden ympäriltä, kun uuden tähden ydinreaktiot käynnistyvät.

Globulit ovat sumujen sisällä olevia tummia tiivistymiä. Tämä Hubblen kuvaama globuli sijaitsee noin 10 000 valovuoden päässä Kassiopeian tähdistön suunnalla.

Image credit: NASA, ESA, The Hubble Heritage Team, (STScI / AURA) and P. McCullough (STScI)

Tummien globulien vastakohtana voi emissiosumuissa nähdä myös poikkeavia kirkastumia, ns. Herbig-Haro kohteita. Näidenkin kohteiden osalta on myös vielä runsaasti tutkittavaa, eikä toimintamekanismia tunneta vielä täysin varmasti. Näyttäisi kuitenkin siltä, että kyseessä on kaasusuihku, joka sinkoutuu juuri syntyneestä tähdestä napojen suunnasta avaruuteen. Kun suihku törmää muuhun tähtienväliseen aineeseen, hohtaa se selvästi muuta ympäristöä kirkkaampana.

Avaruusteleskooppi Hubble ottamassa kuvassa näkyy selvästi Herbig-Haro kohteiden (tässä HH 47) luonne, kaasusuihku, joka törmätessään kirkastuu selvästi.

Image credit: J. Morse/STScI, and NASA/ESA

Melko usein kaasusumut ovat jonkinlainen yhdistelmä kaikista edellä mainituista ilmiöstä. Tästä johtuen myös niistä otetut valokuvat ovat varsin vaikuttavia ja monimuotoisia. Lisäksi sumujen kuvaamisessa voidaan käyttää erilaisia suodattimia, jotka korostavat tiettyjä aallonpituuksia. H-alfan, joka kerää siis vedyn aallonpituuksia, lisäksi käytetään myös ns. OIII – ja SII-suodattimia. Suodattimia sanotaan myös kapeakaistasuodattimiksi, sillä ne blokkaavat suuren osan muiden aallonpituuksien valosta pois. Lopputuloksena saadaan kuva, jossa itse sumu korostuu taustastaan. Kapeakaistasuodattimien tuottama kuva poikkeaa myös väreiltään tavanomaisesta. Usein käytetään ns. Hubble-paletin tuottamia värejä. Nimen alkuperää en tunne sen tarkemmin. Sumuja voi toki kuvata myös tavanomaisella kameralla, jolloin vedyn punainen väri korostuu kuvissa. Lisäksi kuvatessa tulee muistaa, että lähes kaikki kaasusumut ovat niin himmeitä, että valotusikojen tulee olla suorastaan massiivisia. Konkarikuvaajat saattavat kuvata jotain kohdetta useana yönä yhteensä jopa 20 – 30 tunnin ajan. Kuvaaminen poikkeaa siis aika paljon normaalista.

Joutsenen tähdistössä sijaitsevaa Perhossumun aluetta kapeakaistasuodattimilla kuvattuna ja yhditettynä Hubble-paletin värein. © Mikko Heino. Kevola, Paimio, 11.4.2016.

Kuvat, ellei kuvan yhteydessä toisin mainita: © Jani Laasanen