11 & 12: Galaksien avaruus

Galaksijoukko
=kymmeniä kirkkaita galakseja sisältävä galaksien ryhmä
-Superjoukoiksikin voi ryhmitellä galaksijoukkoja
-Paikalliseen ryhmään kuuluu oma galaksimme Linnunrata
-Galaksiryhmät=pienemmät ryhmittymät

Superjoukko
=Monista galaksjoukoista koostuva

Supernova
=kahdella tapaa syntyvä räjähdys
-himmeäksi hiipuu muutaman päivän jälkeen, jota ennen se on saavuttanut maksimikirkkautensa nopeasti; valokäyrä tyypillinen kirkkauden suhteen
-Orion Betelgeuze, Eta Carinae ja RHo Cassipeiae -jättiläistähdet tulevia supernovakandidaatteja Linnunradassamme
Supernovatyypit

• Tyyppi I 
• Ei H.n Balmer-.viivoja
• Vanhoja tähtiä
• Tyyppi Ia (Piin Si-II -viiva)
• Valkoiselle kääpiölle valuu H-suihkua kumppanitähdestä->supernovana räjähtävä valkoinen kääpiötähti
• Tyyppi I b (He:n I -viiva) 
• M:nsä liki kokonaan aurinkotullessa menettänyt Wolfin-Rayetin tähti, joka on tullut elinkaarensa päähän
• Tyyppi Ic (Heikot/puuttuvat He-viivat)
• He-viivat erottavat Ib:stä, harvinainen
• Tyyppi II
• H:n Balmer-viivat
• Loppuva He-fuusiovaihe, loppunut H-polttoaine, m=10*AM, valtava tähti
• Tyyppi II-P (valokäyrä on tasainen)
• Tyyppi II-L (valokäyrä laskee lineariisesti)

Punasiirtymä

=havaitsijan ja lähteen välillä muuttuu valon aallonpituus->punaisemmaksi muuttuva valo, joka lähtee kohteesta

Kvasaari
=punasiirtymä erittäin suuri, joten poikkeaa tähdestä, mutta on piste, joka muistuttaa tähteä
-Kymmenien tavallisten galaksien suuruinen E-säteily, koska huolimatta valtavasta etäisyydestä kvasaareja pystyytään havaitsemaan
Radiogalakseista, blasaareista ja aktiivista galakseista erottaa katselukulma
Ominaisuudet

• Radiospektri
• Synkrotronisäteilyä sätelymekanisminaan käyttävä, kertoo havainnot radiotaajuuksilla
• Infrapunaspektri
• Kuuman pölyn läsnäolosta viitteitä infrapuna-alueen säteilyssä
• Optinen alue
• Ylimääräistä emissiota löytyy UV- ja optisella alueella
• Viivaemissio
• Havaittavasta kohteesta saa enemmän informaatiota 
• Massasuihkut
• Vapautuvat kahteen vastakkaiseen suuntaan ytimestä->auttaa tunnistusta

Aktiivinen galaksi

=Pölyä, kaasusumuja ja galaksin tähtiä enemmän E:tä säteilevä galaksi

-Seyfertin galaksit, kvasaarit ja radiogalaksit voat aktiivisia galaksea

-Emogalaksi varsinaisen galaksin ympärillä ja AGN -lyhennettä käytetään aktiivisen galaksin ytimestä

-Sama perusrakenne Seyfertin galaksilla, radiogalaksilla, kvasaareilla ja kaikilla aktiivisilla galakseilla

Galaksien vuorovaikutukset

-Yleisiä, koska läpimitat ovat melkein yhtä suuria kuin niiden väliset etäisyydet

-Sauva tai spiraalihaara galaksissa voi syntyä pienestäkin häiriöstä

Gravitaatiosäteily
=ilmiö, jonka ennustaa yleinen suhteellisuusteoria
-Kun m on kiihtyvässä liikkessä, syntyy gravitaatioaaltoja, mitä matemaattisesti kuvaavat Albert Einsteinin kenttäyhtälöt
Havaitseminen
-Äärimmäisen vaikeaa
-USA:ssa perustettu 1992, GEO600 Saksassa sekä Virgo-inferferometri Italiassa/Ranskassa 2007
-Kaksoispulsarien käyttäytmisestä saatiin epäsuoria ja vakuuttavia todisteita gravitaatioaalloista, vaikka taustakohinan vuoksi niitä ei ole suoraan havaittu
-LIGO-havaintolaitteella USA:ssa tehtiin suoria havaintoja 11.2.2016

Gravitaatiolinssi
=valoa G:llään voimistava kappale'

Galaksin rotaatiokäyrä
=Käyrä, joka kuvaa galaksin pyörimistä
-Aineen perusteella ennustettua nopeammin pyörivät galaksit->etsitään nk. pimeää ainetta

Pimeä aine galaksijoukoissa
Säteilevän aineen tutkimuksesta on lähdettävä liikkelle, koska pimeä aine ei säteile
M:n olemukseen jää jälki, koska maailmankaikkeuden massatasapainoa hallitsee pimeä aine
1. Punasiirtymien nopeudet optisissa spektriviivoissa käytetään viriaaliteoreemassa
2. Hydrostaattinen tasapaino
3. Gravitaatiolinsseille perustuva kokonaismassan määritelmä

Galaksijoukot
  Galaksit
   Tähdet
    Planeetat
     Pilvet
      Molekyylit
       Atomit
        Protonit, elektronit ja neutronit
         Kvarkit

Kosminen taustasäteily
=mikroaaltosäteilyä, joka on jakautunut tasaisesti havaittavaan maailmankaikkeuteen
Vetyplasmasta ja vapaasta säteilystä koostunut lämpimämpi ja tiheämpi juuri syntynyt maailmanakikkeus synnytti kosmista taustasäteilyä
Vastaanotinten pitää olla hyvin tarkkoja, jotta voisi havaita heikkoa taustasäteilyä

Hubblen vakio
Mitä kauempana kohde on meistä, sitä nopeammin ne loittonevat, huomasi Edwin Hubble 1920
Erittäin vaikeaa määritellä Hubblen vakion arvoa
Alkuräjähdyksestä kulunut aika ja Hubblen vakion arvon suuruus ovat yhteydessä

Ensimmäiset tähdet
13 440 miljoona vuotta sitten syntyivät ensimmäiset Populaatio III:n tähdet
H, He ja hiukan Li
Hyper- tai supernovaräjähdyksissä tai tähtien sisäosien fuusioydinreaktioissa alkoi syntyä muitakin alkuaineita

Vanhin tähti
1-10 miljrd. vuotta vanhoja suurin osa tähdistä.
 Metusalah-tähtui on vanhin tunnettu tähti
Säästeliämmin H-polttoainetta käyttävät, eli pienet tähdet, elävät suurempia tähtiä pidempään

9 & 10: Muuttuvat tähdet

 Epäsäännöllisesti tai säännöllisesti muuttuva kirkkaus
Ulkoisen muuttuvuuden aiheuttajat:
1. Asteroidi pimennyksen reitti
2. Kuun reuna pimentää tähden
3. Gravitaatiomikrolinssi-ilmiö
Gravitaatiolinssi, jonka aiheuttavat esim. tähdet, tai joku muu tiivis ja pieni kohde
4. Yksi tähti välissä
PIMENNYSMUUTTUJAT
Maasta katsottuna toinen peittää vuoroin toisen komponentin->vaihteleva kirkkaus. Ovat yleensä kaksoistähtiä ja muuttuvia tähtiä
SISÄISET MUUTTUJAT (?)
SYKKIVÄT MUUTTUJAT
Kokoaan ja kirkkauttaan säännöllisissä jaksoissa vaihtelevat muuttuvat tähdet
Sykkiviä muuttujia suurin osa muuttuvista tähdistä
KEFEIDI
Verrannollisuus luminositeetin ja muuttumisjakson välillä ominaista. Ryhmä muuttuvien tähtien ryhmässä
Yksi tunnetuimmista on Pohjantähti
1784 John Goodricke löysi ensimmäisen kefeidin
KATAKLYSMINEN MUUTTUJA
Kirkkauden muutokset räjähdysmäisiä
Alijätiläisähdestä, valkoisesta kääpiöstä tai punaisesta kääpiöstä virtaa ainetta valkoisen kääpiötähden pinnalle
Alalji purkautuvissa muuttujissa
Tähteen magneettikentän voimaviivojen mukaan luovuttajatähdestä virtaa kaasua, kaasukiekon synnyn estää voimakas magneettikenttä valkoisessa kääpiössä AM HErculis -tähdessä ja kaasukiekkoa, joka ympäröi tähteä, hajottaa magneettikenttä DQ Heculis -tähdissä
Kääpiönovat ja novat tunnetuimpia kataklysmisistä muuttujista

GALAKSI
Painovoiman vaikutuksesta koossa pysyvä järjestelmä, joka muodostuu pimeästä aineesta, pöly- ja kaasupilvistä sekä tähdistä
Miljoonista biljooniin vaihtelevat tähtimäätä ja sadoista tuhansiin ly:ihin vaihteleva koko¨
M31 eli Messier 1 eli Andromedan galaksi
Sb-tyyppinen kierteisgalaksi, joka sijaitsee Andromedan tähdistössä
4 mljrd vuoden kuluttua törmäävät Linnunrata ja Andromeda roisiinsa
Populaatio I ja II
Tähdet, jotka ovat avoimissa tähtijoukoissa ja galaksien spiraalihaaroissa, kuuluvat ryhmään I
Kolme aliluokkaa P I:llä:

• Kefeidit, Me.-kääpiötähdet ja spektriluokan A-tähdet: Vanhempi populaatio I
• T-Tauri -tähdet: Nuorempi populaatio II
• Spiraalihaarojen tähdet: kiekkopopulaatio

Alhaisen metallipitoisuuden omaavat tähdet kuuluvat Populaatio II:een
Kaksi aliluokkaa Populaatio P II:lla:
Pallomaisten tähtijoukkojen tähdet: halopopulaatio
Pitkäjaksosiset muuttujat: välipopulaatio

KOLMION GALAKSI
Paikallinen ryhmä -nimiseen galaksiryhmään kuuluva kierteisgalaksi
m=15x10^9 MA ja d=3 mlj ly
Hehkuminen sumussa johtuu sitä kuumentavista nuorista tähdistä galaksin kaasusumun keskellä
KÄÄPIÖGALAKSI
Galaksi, joka on pienikokoinen
PAIKALLINEN RYHMÄ
Linnunrata -galaksi kuuluva galaksirtyhmä
Kolmion galaksi ja Andromeda kuuluu toiseen alaryhmään ja Linnunrata toiseen
Hiukan erilaiset historiat
Ellipsigalaksi tulee muodostumaan, kun kaikki kolme galaksia sulautuvat yhteen

7. Utumaiset kohteet

Magellanin pilvet
Eteläisen pallonpuoliskon taivaalla nähtävissä olevia epäsäännöllisiä kääpiögalakakseja, jotka koostuvat Suuresta Magellanin pilvestä (LMC) ja Pienestä Magellanin pilvestä (SMC)

Auringon elinkaari
% mljrd vuotta sitten muodostui, loppuvat energiavarat n. 5 miljrd. vuoden kuluttua
Auringon keskuksesta loppuu H->laajentuminen alkaa->punaiseksi muuttuminen

Avoin tähtijoukko
Pöly- ja kaasupilvestä samalla alueella syntyneet tähdet
Pallomainen tähtijoukko
Galaksia kiertävä pallomainen keskittymä, joka koostuu tähdistä
Planetaarinen sumu
Avaruuteen ulos puhallettu ulkokuori tähden elinkaaren lopussa: hehkuva kaasukuori
Supernovajäänne
Supernovana räjähtävän tähden jäännesumu
Suuressa Magellanin pilvessä oleva jäänne SN 1987A eniten ja tunnetuin supernovajäänne
Molekyylipilvi
MM. H2 molekyylimuodossa sisältämää kasautuma, joka koostuu tähtien välisestä aineesta
T=19-20 K ja M=100-10^6 AM
Eksinktio
Väliaineen läpi kulkiessa vaimenee säteily (esim .valo)
Pilven hiukkasista siroaa/absortoituu osa fotoneista, kun ainepilven läpi kulkee esim .tähden säitely
Magnitudi kasvaa ja E:tä vastaanotetaan vähemmän, kun kohde havannoidaan ja ekstinktio vaikuttaa siihen
VALKOINEN KÄÄPIÖ
Tähden suuruusluokkaa oleva m ja Maan suuruusluokkaa olebva koko. Tiivis tähti
 NEUTRONITÄHTI
Neutroneista koostuva tähti, joka on luhistunut kokoon G:n vaikutuksesta
6 miljr. tonnia Maan pinnalla painaisi teelusikallinen neutronitähteä->erittäin tiheää ainetta
 Rakenne: Rautaa vastaava tiheys "kaasukehässä", muutaman cm paksuinen "kuori"
Pyöriminen erittäin nopeaa->voimakas magneettikenttä muodostuu ympärille
MUSTAT AUKOT
Massakeskittymä aika-avaruudessa, joka on äärimmäisen tiheä
Loppuvaiheessa tähden elinkaarta muodostuvat tähtien massaiset
Mustien aukkojen kaltaista kappaletta v. 1784 pohti John Michell, geologi
LINNUNRADAN ULKO-OSAT
Pimeää massaa, kuumaa kaasua, hajoavia minigalakseja, galaksienvälisiä kaasupilviä ja hypernoopeita tähtiä
200km/s kiertov
2,5 mlj. astetta kuuma kaasu ulkopuolella kiekkoa
Suuri ja Pieni Magellanin pilvi törmäsivät 500 mlj. vuotta vitten->saattoi syntyä suurin osa pilvistä
 300 000 ly läpimitta linnunradan halossa
Mustan aukon lähelle sinkoutuneet hitaammat tähdet halossa
Satoja tähtijoukkoja halossa
Pimeää ainetta n. 5/6 osaa kokonaismassasta Linnunradasta
LINNUNRADAN KESKUS
Galaksi kiertää sitä

Heikkö röntgen tai UV -aallonpituus ei näytä keskusta, koska tähtievälistä sumua on näkökentän tiellä niim perkeleesti

6. Eksoplaneetat

Ekstasolaarinen eli aurinkokuntamme ulkopuolella sijaitseva planeetta
Vaihtelevat arviot aurinkokunnan ulkopuolella olevista planeetoista->ei määritelmää, joka olisi hyväksytty
Suoraan kuvaamalla on löydetty joitakin
Rakenne
Samankaltaisia kaikki kiviplaneetat
Viimeisen sadan vuoden aikana maapallon rakenne on ymmärretty
Vaikka vierailu ei olekaan mahdollista, planeettojen, jotka kiertävät toisia tähtiä, rakenne on laskettavissa
Planeettojen M ja koostumuksia tarkastellaan malleissa
Aurinkunnassamme on samanlaiset koostumukset kuin kaukaisilla eksoplaneetoilla

ELINKELPOINEN VYÖHYKE
Elämää voi esiintyä teoriassa tietyssä tilassa maailmankaikkeudessa
Planeetan pinnalla nestemäistä vettä voi esiintyä, tähteä ympäröivä elämänvuohyke

PLANEETTOJEN KAASUKEHÄT
Kaasvuaippoja planeetojen ympärillä
Vaikutus, joka tapahtuu kun irtoaa kaasuosasten pinnalta, Auringon säteily, kosminen hiukkassäteily, sublimaatio/haihtuminen pinnalta tai tulivuoren purkaukset tuottavat kaasukehää
Hajottava vaikutus molekyyleihin Auringon säteilyllä tai kosmisella säteilyllä: molekyylien lämpöliike->avaruuteen karkaava kaasukehä
Kun planeetan T laskee, voi tapahtua pysyvä tai tilapäiven tiivistyminen kaasukehälle

5. Tähdet

Aurinko
Maa kiertää sitä
Tumma alue, joka näkyy valokehässä eli auringon pinnassa on auringonpilkku
6000C pintalämpötila Auringon fotosfäärissä, ja 4500C T Auringonpilkun keskiosassa
Erilaiset kierto- ja pyörähdysajat eri osilla; ei kuten jäykän kappaleen pyöriminen=differentiaalirotaatio
10 1000 km korkeuteen kohoavat kaasupurkaukset, joka nousevat Auringosta=protuberanssit
Auringosta syöksyy ulos suuri hiukkaspilvi=koronan massapurkaus
Maan kiertoradalle iski voimakas koronan massapurkaus 26.7.2012. Carrington event (Ricvhard Carringtonin) löytäjänsä mukaan nimetty myrsky v,1859 oli yhtä iso
Auringon rakenne
H->He -fuusioreaktollal energian tuotto

• raskaampia alkuaineita ja He 25%, 70% H
• 15 000 000 K ytimessä T, 5800 K pinta
• 5 mrd vuoden ikäinen
• vakaa tähti pääsarjassa
•  Ls (säteilyteho)=3,9-10^29W
• 4,9*10^5kg/s tulee E:tä
• 1370 W/m^2 säteilyn intensiteetti Maan kohdalla(=aurinkovakio)
• Aktiivinen Aurinko:
• flaret, protuberanssit: (purkauksia)
• Induktiovirtoja, revontulia, magneettisia myrsykyjä Maassa<-auringonpilkut

Auringon fuusio
He syntyy H:sta, kuten tavallisissa tähdissä yleensä
Kymmeneksi miljardiksi riittää H-polttoainetta, koska hycin pieni todennäköisyys ensimmäisen vaiheen vaikutusalalle

TÄHDET
Ikä
Monia eri tapoja mitata
Be ja Li runsaus yleisin

Kaksoistähti
Ellipsiradalla painopisteen ympäri kiertävät kaksi tähteä
Hyvin vähän toisiinsa vaikuttava G
Ei ole harvinaista useamman tähden tähtijärjestelmät
Ympäri kiertävä komponentti (himmeämpi) ja paikallaan oleva komponentti (kirkkaampi) -oletus=visuaalinen kaksoistähti
Taivaalla näjkyvää tähteä huojuttaa jokin=astrometrinen kaksoistähti

4. Planeetat aurinkokunnassamme ja pienplaneetat

Aurinkokunta
Järjestelmä, joka muodostuu transneptunisitista kohteista, asteroideista, pikkuplaneetoista, komeetoista, meteoriiteista, kuista ja planeetoista, jotka kiertävät Aurinkoa.

Syntyvä aurinkokunta
Kun suuri kaasupilvi luhistui 4,57 miljrd. vuotta sitten, muodostui Aurinkokunta
He- ja H-kaasuista koostunut kiekko muodostui Auringon ympärille
Plymäärästä, jota pilvet, jotka syntyivät auirinkokunnasta, muodostivat kiviplaneetat
Kiekko, joka ympäröi aurinkoa, antoi jatkuvasti lisää materiaalia Aurinkoon

Maa
Kiviaines, joka on raskaampi vaippaa, kelluu parisenkymmentä mannerlaattaa, mikä koostaa maan kiinteän kuorikerroksen
ELintärkeä koostutmus maan sisällä
Napaisuus vaihtuu ja heikkenee aika ajoin, mutta nyt se on25-265 mikroteslaa
r=6400 km ja ympärysmitta 40 000 km
Koskematon kuoren alla oleileva maan vaippa, vaikka maankuoren sisälle on porailtu

 Avaruusluotain
MIttauksia suorittava avaruusalus, joka on usein miehittämätön
Maan painovoimakentästä poistumienn onnistuu suurella pakonopeudella
Komeettoja, asteroideja, pikkuplaneettoja ja Aurinkokunan planeettoja on tutkittu luotainten avulla

 Merkurius

Planeetta, joka on lähimpänä Aurinkoa ja pienin aurinkokunnan planeetoista
Tunnettu pitkään, sillä kohteista kirkkain taivaalla

Venus
Kuunsirppimäinen kohde kaukoputkellakatsottuna
Maata muistuttava koostumus

 Jupiter
5.
Pilvien yläosa ainoa mikä näkyy
M=318*m (maa) ja d=11*d(Maa)

Saturnus
Litistynyt navoiltaan
H:n muodostama kerros ympäröi silikaattiydintä: Jupiterin kaltainen sisus
a=29,5 a (maa) ja 11h=vrk

Neptunus
Paljain silmin maasta näkymätön

Kuu
5. suurin kuu aurinkokunnassa ja ainoa luonnollinen kiertolainen Maaller
Maan kanssa vuorovesilukkiutunut kappale
4,5 mljrd vuotta sitten syntynyt, eli Maan kanssa saman ikäinen
Ihminen on kävellyt

2. Taivaan havainnointi

Auringon lasku vääristyy, tähdet tuikkivat ja kangastus tapahtuu, koska valo taittuu linssin tavoin ilmakehässää.

Kirkastumat ja kaaret taivaalla johtuvat ilmakehän optisesta ilmiöstä, halosta

 Maan yläilmakehän atomit vuorovaikuttavat korkeaenergisten aurinkotuulen hiukkasten kanssa->revontulet

Aika
-Neljännellä akselilla aika-avaruuden etäisyys tapahtumien välillä (t)
-Tapahtumiin nähden suhteellinen nopeus havannoitsijen nähden
-Eri ilmiöiden tapahtumanopeus

 Paikka
1. Ekvaattorijärjestelmä
-Koordinaattijärjestelmä, jota käytetään tavallisesti käytännön syistä taivaankappaleiden koordinaattien ilmoittamiseen
-Toisin kuin horisonttijärjestelmässä, aika tai tarkastelupaikka ei vaikuta koordinaatteihin
.Taivaannavat sijaitsevat etelä- ja pohjoisnavan yläpuolella ja taivaanekvaattori kulkee päiväntasaajan kohdalla
-Deklinaatio vastaa leveysastetta ja rektaskensio vastaa pituusastetta: 2 ilmoittavaa koordinaattia
 2. Horisonttijärjestelmä
-Koordinaatisto, jota myös käytetään ilmoittamaan taivaankappaleiden paikkoja
-Luonnollisempi koordinaatisto havatsijan kannalta
-Arvoja korkeudelle ja horisontista katsottuna ilmoitetaan asteina

Magnitudi
-Taivaankappaleen kirkautta ilmaiseva suure
-Pintakirkkaus tai kokonaismagnitudi ovat ilmaisutavat muiden kuin pistemäisten kohteiden ilmaisuun

Spektrit
-Energian tai taajuuden suhteen komponentteihin jakautumista
-Spektroskopia=skeptri absortoituu materiaalista, ja spektriä analysoidaan ja mitataan-tutkitaan ilmiöitä ja materiaaleja
Sähkömagneettinen spektri
-Aallonpituusalueet sähkömagneettiselle säteilylle
-Aallonpituuden ja taajuuden mukaan jaottelu
-Aallonpituus=c/f

Isot kaukoputket
-Ilmakehä sotkee jonkin verran (n. 1´´)
-Huonompi lähi-infrapunassa
Avaruusteleskoopit
-Kalliimpias
-Ilmakehä ei rajoita: gamma-alue, röntgen, UV näkyy, samaten koko infrapuna-alue
-Ilmakehäh ei myöskään sotke kuvia

Uudet ongelmat:
1. Gravitaatiosäteily
-Ilmiö, jonka yleinen suhteellisuusteoria ennustaa
-Aika-avaruudessa valon nopeudella E:tä kuljettavat aallot, jotka etenevät avaruudessa
-Kun m on kiihtyvässä liikkeessä, syntyy gravitaatioaallot (Einsteinin kenttäyhtälöiden mukaan)
2. Kosminen säteily'
-Maapalloa pommittavat suurenergiset hiukkaset, jotka tulevat ulkoavaruudesta maahan (yleisnimi)
-Supernovaräjähdyksistä, lähempänä tulevat Auringosta