Neutronitähdet: Avain kultaan ja platinaan universumissa!

Neutronitähdet: Avain kultaan ja platinaan universumissa!

3. kesäkuuta 2025 Potsdamin yliopiston teoreettisen astrofysiikan professori Tim Dietrich ilmaisi halunsa vierailla neutronitähtien luona avaruusaluksella. Nämä äärimmäisen tiheät, kompaktit esineet muodostuvat massiivisten tähtien supernovaräjähdyksissä ja loistavat hetken yhtä kirkkaasti kuin koko galaksi. Niiden tiheys on henkeäsalpaava: teelusikallinen neutronitähden materiaalia voi painaa jopa miljardi tonnia. Suurin osa näistä kiehtovista taivaankappaleista sijaitsee binääritähtijärjestelmissä. Ne menettävät energiaa, kunnes lopulta törmäävät ja vapauttavat uskomattomia määriä energiaa. Ensimmäinen havaittu neutronitähtien törmäys tapahtui 17. elokuuta 2017, jolloin havaittiin sekä gravitaatioaaltoja että valosignaaleja, mikä merkitsi virstanpylvästä modernissa tähtitieteessä. Tämä oli tapahtuma GW170817, joka tapahtui Linnunradamme ulkopuolella ja havaitsi valosignaalin neutronitähtien törmäyksestä galaksissa NGC 4993.

Tällaisten törmäysten aikana syntyy uusia elementtejä - mukaan lukien raskaita elementtejä, kuten kultaa ja platinaa. Nämä prosessit ovat monimutkaisia ​​ja kiehtovia; ne kohdistuvat gammasäteiden, kuten törmäyksen aikana havaittujen, tuotantoon. Vuoden 2017 törmäyksessä tähtitieteelliset ilmaisimet, kuten LIGO-ilmaisimet Hanfordissa Washingtonissa ja Livingstonissa Louisianassa, havaitsivat huomattavan määrän gravitaatioaaltoja. Nämä tallennettiin noin 100 sekunnin ajanjaksolla. Mittausta täydensi Virgo-ilmaisin, joka tarkensi signaalin paikantamista. Vain 1,7 sekuntia myöhemmin Fermi-satelliitissa olevat Gamma-ray Burst Monitor (GBM) -satelliitit havaitsivat mukana tulevan gammapurskeen.

Neutronitähtien törmäyksiä ympäröivät löydöt ja teoriat

GW170817:n löytö merkitsee moniviestintäastronomian alkua. Tämä uusi menetelmä yhdistää erilaisia ​​signaaleja maailmankaikkeuden ymmärtämiseksi paremmin. Gravitaatioaaltojen ja valosignaalien samanaikainen mittaus tarjosi tärkeitä todisteita Einsteinin suhteellisuusteorialle. Todennäköisyydelle, että gravitaatioaaltojen ja gammasäteiden yhteensattuma tapahtuu sattumalta, on annettu 1:200 miljoonaa. Tapahtuma vahvistaa teorian, jonka mukaan neutronitähtien sulautuminen on raskaampien alkuaineiden, erityisesti r-prosessin alkuaineiden, päälähde.

Gravitaatioaaltojen löytäminen on kuitenkin vain jäävuoren huippu. Max Planck Institute for Gravitational Physicsin tutkimus osoittaa, että magneettikenttien synnyn takana olevat mekanismit sulautuvissa neutronitähtissä voidaan selittää tietokonesimulaatioilla. Nämä simulaatiot paljastavat, että neutronitähdet, joiden halkaisija on vain noin 20 kilometriä, pystyvät synnyttämään voimakkaita magneettikenttiä. Nämä magnetohydrodynaamiset prosessit osoittavat, että kaksi mekanismia myötävaikuttavat magneettikentän vahvistumiseen: Kelvin-Helmholtzin epävakaus ja magneettinen rotaatioepävakaus, jotka toimivat kuin dynamo.

Noin 60 millisekuntia sulautumisen jälkeen syntyneen magnetaarin napojen poikki suihkutetaan suihku, joka on vastuussa kilonovasäteilyn tuottamisesta. Nämä vaikuttavat ilmiöt osoittavat, että neutronitähtien törmäykset eivät tuota ainoastaan ​​upeita gravitaatioaaltoja ja valosignaaleja, vaan myös erilaisia ​​elementtejä ja magneettikenttiä – kaikki näkökohdat, jotka kiehtovat edelleen astrofysiikkaa ja tarjoavat uusia löytömahdollisuuksia.

Tulevaisuudessa ajatus avaruusaluksella matkustamisesta tällaisiin tapahtumiin muissa galakseissa on enemmän kuin pelkkä unelma. Käsite loimikäytöstä, joka voisi teoriassa mahdollistaa valonopeuksia suuremman nopeuden, perustuu yleisen suhteellisuusteorian fysikaalisiin kaavoihin. Mutta kunnes voimme tehdä tällaisia ​​matkoja, neutronitähtien törmäys on edelleen kiehtova ja monimutkainen aihe tähtitiedelle.