Kaksi neutronitähteä on yhdistynyt kaukana avaruudessa tavalla, joka tuotti ”täydellisen räjähdyksen”. Tuloksena oli näet täysin pallomainen räjähdys.
Tähtitieteilijät kuvailevat tiedelehti Naturessa, miten tällainen ilmiö havaittiin ensi kertaa.
Tutkijat saivat mitattua ja kuvailtua tämän kilonovaksi kutsutun ilmiön piirteitä ja muotoa. Tiedeartikkeli löydöstä julkaistiin keskiviikkoiltana Naturessa, mutta havainto tehtiin jo aiemmin VLT-teleskoopilla Chilessä.
Tähtitieteilijät ennustivat kilonovan ilmiönä teoreettisesti vuonna 1974. Sellainen todennettiin vuonna 2013, ja tarkempaa tietoa saatiin lokakuussa 2017.
Nyt havaittu kilonova räjähti 140–150 miljoonan valovuoden päässä Maasta Vesikäärmeen tähdistön suunnassa. Valovuosi on matka, jonka valo kulkee vuodessa.
Kahden neutronitähden yhteinen massa oli noin 2,7 kertaa Aurinkomme massa. Ne olivat kiertäneet toisiaan miljardeja vuosia galaksissa, jonka luettelonimi on NGC 4993.
Neutronitähdet löytyivät avaruudesta vuonna 2017. Siitä lähtien niiden liikkeitä on seurattu tarkasti.
Neutronitähti on painovoiman vaikutuksesta kokoon luhistunut iso tähti, joka koostuu luhistuttuaan pääosin neutroneista. Neutroni on yksi atomien ytimessä vaikuttavista hiukkasista.
Tällä kertaa kilonovaa tutkittiin ESO:n eli Euroopan eteläisen observatorion hyvin tehokkaalla VLT-teleskoopilla Chilessä Atacaman autiomaassa.
”Se on monella tapaa täydellinen räjähdys: esteettisesti kaunis ja muodoltaan yksinkertainen. Myös tieteellisesti se on merkittävä”, sanoo astrofyysikko Albert Sneppen uutistoimisto Reutersille.
Sneppen työskentelee Kööpenhaminan Cosmic Dawn Centerissä ja on Naturessa julkaistun tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.
Taiteilijan näkemys kilonovasta.
Kilonovan säteilemät värit näyttävät sellaisilta kuin Auringossamme.
Koko kokonaisuus on kuitenkin pinta-alaltaan muutama sata miljoonaa kertaa suurempi kuin Aurinkomme, Sneppen sanoo.
Tutkijat odottivat, että kilonovan räjähdys näyttäisi ehkä litistyneeltä kiekolta. Se olisi kuin valtava ja valoisa kosminen pannukakku, ja siitä saattaisi virrata ulos ainesuihkuja.
Todellisuudessa löytö oli pallomainen. Ilmiössä riittää nyt tutkittavaa.
”Palaamme piirustuspöydälle tämän ilmiön kanssa”, sanoo Cosmic Dawn Centerin astrofyysikko Darach Watson Reutersille. Hän on tutkimuksen toinen kirjoittaja.
”Ilmiössä on paljon perusfysiikkaa, mutta sellaista, josta emme vielä ymmärrä kaikkea", Watson lisää.
Myös Turun yliopiston tutkijat olivat mukana kansainvälisessä yhteistyössä, jota Kööpenhaminan yliopiston astrofyysikot johtivat.
Kilonovan räjähdys tuotti Watsonin mukaan monenlaisia äärioloja. Ilmiö oli esimerkiksi paljon rajumpi kuin ydinräjähdykset Maan päällä.
Myös atomien osien tiheys neutronitähdissä on omaa luokkaansa. Kuumuuskin oli räjähdyksen aikaan hurja, miljardien asteiden luokkaa.
Eikä siinä vielä kaikki. Hyvin voimakkaat magneettikentät vaikuttivat atomien muotoon.
Yhdistyneet neutronitähdet olivat elinkaarensa alussa normaaleja tähtiä, tosin hyvin massiivisia.
Ne olivat kahden tähden järjestelmässä, kaksoistähtenä. Sellaiset ovat melko yleisiä maailmankaikkeudessa.
Molemmat olivat sitten romahtaneet neutronitähdiksi, kun niiden polttoaine eli vety oli fuusion tuotannossa loppunut.
Tähdistä jäi romahduksessa jäljelle vain vain pieni ja tiheä ydin. Sen läpimitta oli vain noin 20 kilometriä, vaikka massaa tähdessä oli enemmän kuin omassa Auringossamme.
Vähitellen nämä kaksi tosiaan kiertävää neutronitähteä lähestyivät toisiaan. Niiden kiertoradat supistuivat ja nopeutuivat.
Tähtien hyvin vahvat painovoimakentät venyttivät toisiaan niiden viime hetkillä. Sitten neutronitähtien sisäosat törmäsivät toisiinsa nopeudella, joka oli noin 25 prosenttia valon nopeudesta.
Hetken ajaksi tähdet muodostivat yhden massiivisen neutronitähden. Se kuitenkin vielä romahti ja muodosti mustan aukon.
Musta aukko on vielä tiheämpi avaruuden kohde. Sen painovoima on niin valtava, että edes valo ei pääse ulos sen painovoimakentästä.
Neutronitähdistä jäi jäämiä. Niiden ulkoiset osat olivat venyneet pitkiksi nauhoiksi. Osa niistä lensi avaruuteen.
Räjähdyksen tiheydet ja lämpötilat olivat niin suuria, että se synnytti monia raskaita alkuaineita: esimerkiksi kultaa, platinaa, arseenia, uraania ja jodia.
Samoja alkuaineita on nyt maan päällä. Kaikki maapallon kulta on syntynyt rajuissa tähtitaivaan ilmiöissä, kuten neutronitähtien romahduksissa.
Räjähdyksen pallomaista muotoa on arvailtu. Yksi selitys on lopussa hyvin lyhyen ajan vaikuttanut valtava magneettikenttä. Isosta magneettikentästä vapautui loppuhetkillä paljon energiaa.
”Tällä hetkellä yksikään yksittäinen teoria ei pysty selittämään kaikkia havaintojen tuloksia. Odotamme innolla uusia havaintoja kilonovista ja niiden muotojen mittauksia tulevina vuosina”, sanoo yliopistotutkija Rubina Kotak Turun yliopistosta yliopiston tiedotteessa.
Täydennys 16.2. klo 16.55: Lisätty tieto, että mukana tutkimuksessa oli myös Turun yliopiston tutkijoita. Oikaisu 17.2 kello 13: Neutroneja ei ole kaikissa atomeissa, toisin kuin tekstissä mainittiin. Maailmankaikkeuden yleisimmän alkuaineen vedyn yleisimmässä isotoopissa ei ole neutroneja. Ytimessä on vain yksi protoni.
Oikaisu
Lue lisää: Suomalainen tutkijaryhmä vahvisti oudon kvarkkiaineen piileksivän neutronitähtien sisuksissa
