Neutrontähed: kulla ja plaatina võti universumis!

Neutrontähed: kulla ja plaatina võti universumis!

3. juunil 2025 avaldas Potsdami ülikooli teoreetilise astrofüüsika professor Tim Dietrich soovi külastada kosmoseaparaadiga neutrontähti. Need äärmiselt tihedad ja kompaktsed objektid tekivad massiivsete tähtede supernoova plahvatuste käigus ja säravad korraks sama eredalt kui terve galaktika. Nende tihedus on hingemattev: teelusikatäis neutrontähe materjali võib kaaluda kuni miljard tonni. Enamik neist põnevatest taevakehadest asub kaksiktähesüsteemides. Nad kaotavad energiat, kuni lõpuks kokku põrkuvad, vabastades uskumatult palju energiat. Esimene vaadeldud neutrontähtede kokkupõrge leidis aset 17. augustil 2017, mil tuvastati nii gravitatsioonilaineid kui ka valgussignaale, mis tähistas tänapäeva astronoomia verstaposti. See oli sündmus GW170817, mis leidis aset väljaspool meie Linnuteed ja tuvastas galaktikas NGC 4993 neutrontähtede kokkupõrke valgussignaali.

Selliste kokkupõrgete käigus tekivad uued elemendid – sealhulgas rasked elemendid nagu kuld ja plaatina. Need protsessid on keerulised ja põnevad; need on suunatud gammakiirguse tekitamisele, nagu need, mida täheldati kokkupõrke ajal. 2017. aasta kokkupõrkes tuvastasid astronoomilised detektorid, nagu LIGO detektorid Hanfordis Washingtonis ja Livingstonis Louisianas märkimisväärsel hulgal gravitatsioonilaineid. Need salvestati umbes 100 sekundi jooksul. Mõõtmist täiendas Virgo detektor, mis muutis signaali lokaliseerimise täpsemaks. Vaid 1,7 sekundit hiljem tuvastasid Fermi satelliidi pardal olevad Gamma-ray Burst Monitor (GBM) satelliidid kaasneva gammakiirguse purske.

Avastused ja teooriad, mis ümbritsevad neutrontähtede kokkupõrkeid

GW170817 avastamine tähistab mitme sõnumiga astronoomia algust. See uudne meetod ühendab universumi paremaks mõistmiseks erinevaid signaale. Gravitatsioonilainete ja valgussignaalide samaaegne mõõtmine andis olulisi tõendeid Einsteini relatiivsusteooria jaoks. Tõenäosus, et gravitatsioonilainete ja gammakiirte kokkulangevus toimub juhuslikult, on antud 1:200 miljoni kohta. Sündmus kinnitab teooriat, et neutrontähtede ühinemine on raskemate elementide, eriti r-protsessi elementide peamine allikas.

Gravitatsioonilainete avastamine on aga vaid jäämäe tipp. Max Plancki gravitatsioonifüüsika instituudi uuringud näitavad, et neutrontähtede ühinevates magnetväljade tekitamise mehhanisme saab selgitada arvutisimulatsioonide abil. Need simulatsioonid näitavad, et neutrontähed, mille läbimõõt on vaid umbes 20 kilomeetrit, on võimelised tekitama tugevaid magnetvälju. Need magnetohüdrodünaamilised protsessid näitavad, et kaks mehhanismi aitavad kaasa magnetvälja tugevnemisele: Kelvin-Helmholtzi ebastabiilsus ja magnetiline pöörlemise ebastabiilsus, mis toimivad nagu dünamo.

Umbes 60 millisekundit pärast ühinemist paiskub juga üle saadud magnetari pooluste, mis vastutab kilonova kiirguse tekitamise eest. Need muljetavaldavad nähtused näitavad, et neutrontähtede kokkupõrked ei tekita mitte ainult suurejoonelisi gravitatsioonilaineid ja valgussignaale, vaid ka mitmesuguseid elemente ja magnetvälju – kõik aspektid, mis astrofüüsikat jätkuvalt paeluvad ja pakuvad uusi avastamisvõimalusi.

Tulevikus jääb idee reisida kosmoselaevaga sellistele sündmustele teistes galaktikates enamaks kui lihtsalt unistuseks. Lõimeajami kontseptsioon, mis võiks teoreetiliselt võimaldada valguse kiirusest suuremat kiirust, põhineb üldrelatiivsusteooria füüsikalistel valemitel. Kuid seni, kuni me suudame selliseid rännakuid ette võtta, jääb neutrontähtede kokkupõrge astronoomia jaoks põnevaks ja keeruliseks teemaks.