– Tämän systeemin äärimmäiset olosuhteet muodostavat vaativan kokeen painovoimateorioille ja astrofysiikan malleille, väittelijä Pauli Pihajoki sanoo.
Hänen mukaansa tutkijoiden on ymmärrettävä perinpohjaisesti OJ287-systeemi, jotta sitä voidaan käyttää hyödyksi universumin äärimmäisten fysikaalisten ilmiöiden tutkimuksessa.
Galaksien keskustoissa tiedetään sijaitsevan supermassiivisia mustia aukkoja. Galaksit kasvavat sulautumalla toisiinsa, ja prosessin aikana galaksin ytimessä voikin tilapäisesti olla enemmän kuin yksi musta aukko. Kosmisessa aikaskaalassa mustat aukot viettävät vain lyhyen aikaa kiertäen toisiaan lähietäisyydellä, lopulta ne sulautuvat yhteen.
Pihajoki keskittyi erityisesti OJ287-systeemin tähän asti vähemmälle huomiolle jääneen pienemmän aukon ominaisuuksiin, ja kehitti mallin, jonka avulla sen läsnäolo voidaan havaintojen perusteella mahdollisesti todentaa.
– Teoreettisten tarkastelujen ja numeeristen simulaatioiden avulla kehitin mallin, jonka tukee käsitystä siitä, että systeemissä on kaksi mustaa aukkoa. Voimme todentaa asian, kun pienempi musta aukko purkautuu, Pihajoki kertoo väitöstiedotteessaan.
Hän arvioi, että purkautuminen tapahtuu noin vuonna 2021.
OJ287 on Turun maailmanmenestys
Mustat aukot ovat suhteellisuusteorian ennustamia niin tiheitä kappaleita, että niiden pinnalta edes valo ei pääse pakenemaan. Suurimpien tällaisten mustien aukkojen tiedetään sijaitsevan galaksien ytimissä, ja ne voivat olla massaltaan jopa yli miljardi Auringon massaa.
Jotkin näistä aukoista keräävät itseensä galaksin kaasua ja pölyä, ja säteilevät niin voimakkaasti, että ne voidaan havaita maasta asti niin sanottuina aktiivisina galaksiytiminä.
– OJ287 on kaukaisen galaksin aktiivinen ydin, joka näkyy taivaalla himmeänä silmin erottumattomana pisteenä Kravun tähdistössä. Koska OJ287 sijaitsee taivaalla lähellä maan ratatasoa, kuten planeetat ja asteroiditkin, se on päätynyt vahingossa useaan historialliseen tähtitieteelliseen valokuvaan, Pihajoki kertoo.
Turun yliopiston Tuorlan observatoriossa Aimo Sillanpään johdolla 1980-luvulla tehdyssä tutkimuksessa historialliset havainnot yhdistettiin jo olemassa oleviin havaintoihin. Saadun valokäyrän perusteella OJ287:n havaittiin kirkastuvan voimakkaasti noin 12 vuoden välein. Tämän pohjalta kehitettiin malli, jossa kirkastumisen taustalla ovat toisiaan kiertävät mustat aukot.
Mallin alun perin vuonna 1988 esitelleestä tieteellisestä julkaisusta on sittemmin tullut eräs suomalaisen tähtitieteen siteeratuimmista.
Kahden mustan aukon mallille uusia todisteita
Pihajoen tutkima aktiivinen galaksiydin OJ287 pitää sisällään kaksi lähellä toisiaan kiertävää supermassiivista mustaa aukkoa.
– Juuri lähellä toisiaan kiertävät supermassiiviset mustat aukot ovat tieteellisesti erityisen mielenkiintoisia, Pihajoki sanoo.
Osana väitöskirjatutkimustaan Pihajoki analysoi tähtitieteellisistä valokuvauslevyarkistoista löytyneiden levyjen avulla saatuja uusia mittapisteitä OJ287:n kirkkaudesta. Tutkimuksessa tehtyjen numeeristen simulaatioiden avulla näiden havaintojen osoitettiin sopivan hyvin yhteen kahden mustan aukon teoreettisen mallin kanssa.
– Tämä vahvistaa käsitystä siitä, että OJ287 todella kätkee sisäänsä kaksi supermassiivista mustaa aukkoa.
Purkausten välillä suurin osa OJ287:tä havaittavasta säteilystä on peräisin systeemin massiivisemmasta mustasta aukosta. Pihajoki etsi tutkimuksessaan mahdollisuutta havaita aukoista vähemmän massiivinen.
Tuloksilla on selkeä sovellusarvo, sillä pienemmän mustan aukon olemassaolon näyttäminen toteen osoittaisi kahden lähekkäisen mustan aukon mallin olevan kiistatta oikea malli OJ287-systeemille.
– Tämä olisi merkittävä tieteellinen saavutus, Pihajoki sanoo.
FMi Pauli Pihajoen väitöskirja The Supermassive Binary Black Hole System OJ287 tarkastetaan perjantaina 15. elokuuta Turun yliopistossa.