Neutron Stars: Nøkkelen til gull og platina i universet!

Neutron Stars: Nøkkelen til gull og platina i universet!

Den 3. juni 2025 uttrykte Tim Dietrich, professor i teoretisk astrofysikk ved universitetet i Potsdam, sitt ønske om å besøke nøytronstjerner med et romfartøy. Disse ekstremt tette, kompakte objektene dannes i supernovaeksplosjoner av massive stjerner og skinner kort like sterkt som en hel galakse. Deres tetthet er fantastisk: en teskje materiale fra en nøytronstjerne kan veie opptil en milliard tonn. Flertallet av disse fascinerende himmellegemene er lokalisert i binære stjernesystemer. De mister energi til de til slutt kolliderer, og frigjør utrolige mengder energi. Den første observerte kollisjonen av nøytronstjerner fant sted 17. august 2017, da både gravitasjonsbølger og lyssignaler ble oppdaget, og markerte en milepæl i moderne astronomi. Dette var hendelsen GW170817, som skjedde utenfor Melkeveien vår og oppdaget lyssignalet fra en nøytronstjernekollisjon i galaksen NGC 4993.

Under slike kollisjoner skapes det nye elementer - inkludert tunge elementer som gull og platina. Disse prosessene er komplekse og fascinerende; de retter seg mot produksjonen av gammastråler som de som ble observert under kollisjonen. I kollisjonen i 2017 oppdaget astronomiske detektorer, som LIGO-detektorene i Hanford, Washington og Livingston, Louisiana, en betydelig mengde gravitasjonsbølger. Disse ble registrert over en periode på rundt 100 sekunder. Målingen ble supplert med Jomfru-detektoren, som gjorde lokaliseringen av signalet mer presis. Bare 1,7 sekunder senere oppdaget Gamma-ray Burst Monitor (GBM)-satellittene om bord på Fermi-satellitten det medfølgende gamma-stråleutbruddet.

Oppdagelser og teorier rundt kollisjoner med nøytronstjerner

Oppdagelsen av GW170817 markerer begynnelsen på multi-budbringer astronomi. Denne nye metoden kombinerer forskjellige signaler for å bedre forstå universet. Den samtidige måling av gravitasjonsbølger og lyssignaler ga viktig bevis for Einsteins relativitetsteori. Sannsynligheten for at sammenfallet av gravitasjonsbølger og gammastråler oppstår ved en tilfeldighet er gitt til 1 av 200 millioner. Hendelsen bekrefter teorien om at nøytronstjernesammenslåinger er hovedkilden til tyngre grunnstoffer, spesielt r-prosesselementer.

Oppdagelsen av gravitasjonsbølger er imidlertid bare toppen av isfjellet. Forskning fra Max Planck Institute for Gravitational Physics viser at mekanismene bak genereringen av magnetiske felt i sammenslående nøytronstjerner kan forklares gjennom datasimuleringer. Disse simuleringene avslører at nøytronstjerner, som bare er rundt 20 kilometer i diameter, er i stand til å generere sterke magnetiske felt. Disse magnetohydrodynamiske prosessene viser at to mekanismer bidrar til styrkingen av magnetfeltet: Kelvin-Helmholtz-ustabiliteten og den magnetiske rotasjonsustabiliteten, som fungerer som en dynamo.

Omtrent 60 millisekunder etter sammenslåingen blir en stråle kastet ut over polene til den resulterende magnetaren, som er ansvarlig for å produsere kilonovastråling. Disse imponerende fenomenene viser at kollisjoner med nøytronstjerner ikke bare produserer spektakulære gravitasjonsbølger og lyssignaler, men også en rekke elementer og magnetiske felt – alle aspekter som fortsetter å fascinere astrofysikk og gir nye rom for oppdagelse.

For fremtiden forblir ideen om å reise med et romskip til slike hendelser i andre galakser mer enn bare en drøm. Konseptet med en warp-drift, som teoretisk kan muliggjøre raskere enn lyshastigheter, er basert på de fysiske formlene for generell relativitet. Men inntil vi kan gjennomføre slike reiser, forblir kollisjonen mellom nøytronstjerner et fascinerende og komplekst tema for astronomi.