Neutron Stars: Nyckeln till guld och platina i universum!

Neutron Stars: Nyckeln till guld och platina i universum!

Den 3 juni 2025 uttryckte Tim Dietrich, professor i teoretisk astrofysik vid universitetet i Potsdam, sin önskan att besöka neutronstjärnor med en rymdfarkost. Dessa extremt täta, kompakta objekt bildas i supernovaexplosioner av massiva stjärnor och lyser kort lika starkt som en hel galax. Deras täthet är hisnande: en tesked material från en neutronstjärna kan väga upp till en miljard ton. Majoriteten av dessa fascinerande himlakroppar finns i binära stjärnsystem. De tappar energi tills de till slut kolliderar och frigör otroliga mängder energi. Den första observerade kollisionen av neutronstjärnor ägde rum den 17 augusti 2017, då både gravitationsvågor och ljussignaler upptäcktes, vilket markerar en milstolpe inom modern astronomi. Detta var händelsen GW170817, som inträffade utanför vår Vintergatan och upptäckte ljussignalen från en kollision med neutronstjärnor i galaxen NGC 4993.

Vid sådana kollisioner skapas nya grundämnen – inklusive tunga grundämnen som guld och platina. Dessa processer är komplexa och fascinerande; de riktar sig mot produktionen av gammastrålar som de som observerades under kollisionen. Vid kollisionen 2017 upptäckte astronomiska detektorer, såsom LIGO-detektorerna i Hanford, Washington och Livingston, Louisiana, en betydande mängd gravitationsvågor. Dessa registrerades under en period av cirka 100 sekunder. Mätningen kompletterades med Jungfrudetektorn, vilket gjorde lokaliseringen av signalen mer exakt. Bara 1,7 sekunder senare upptäckte Gamma-ray Burst Monitor (GBM)-satelliterna ombord på Fermi-satelliten den åtföljande gammastrålningen.

Upptäckter och teorier kring kollisioner med neutronstjärnor

Upptäckten av GW170817 markerar början på multibudbärarastronomi. Denna nya metod kombinerar olika signaler för att bättre förstå universum. Den samtidiga mätningen av gravitationsvågor och ljussignaler gav viktiga bevis för Einsteins relativitetsteori. Sannolikheten att sammanträffandet av gravitationsvågor och gammastrålar inträffar av en slump anges som 1 på 200 miljoner. Händelsen bekräftar teorin att sammanslagningar av neutronstjärnor är huvudkällan till tyngre grundämnen, särskilt r-processelement.

Upptäckten av gravitationsvågor är dock bara toppen av isberget. Forskning från Max Planck Institute for Gravitational Physics visar att mekanismerna bakom genereringen av magnetfält i sammanslagna neutronstjärnor kan förklaras genom datorsimuleringar. Dessa simuleringar visar att neutronstjärnor, som bara är cirka 20 kilometer i diameter, kan generera starka magnetfält. Dessa magnetohydrodynamiska processer visar att två mekanismer bidrar till förstärkningen av magnetfältet: Kelvin-Helmholtz-instabiliteten och den magnetiska rotationsinstabiliteten, som fungerar som en dynamo.

Cirka 60 millisekunder efter sammanslagningen skjuts en jet ut över polerna på den resulterande magnetaren, som är ansvarig för att producera kilonovastrålning. Dessa imponerande fenomen visar att kollisioner med neutronstjärnor inte bara producerar spektakulära gravitationsvågor och ljussignaler, utan också en mängd olika element och magnetfält – alla aspekter som fortsätter att fascinera astrofysiken och ger nya utrymmen för upptäckter.

För framtiden förblir idén om att resa med ett rymdskepp till sådana händelser i andra galaxer mer än bara en dröm. Konceptet med en varpdrift, som teoretiskt skulle kunna möjliggöra snabbare än ljushastigheter, är baserat på de fysiska formlerna för allmän relativitet. Men tills vi kan göra sådana resor förblir kollisionen mellan neutronstjärnor ett fascinerande och komplext ämne för astronomi.