keskiviikko 11. joulukuuta 2013

Outoja tähtiä



Kvarkki-novan räjähdys.
Kuva Kari A. Kuure


New Scientist -tiedelehden tämän viikon viikkotiedotteessa kerrotaan oudosta tähdestä, jollaista ei aikaisemmin ole havaittu. New Scientist -lehden artikkeliin johtanut tutkimus alkoi 84 miljoonan valovuoden etäisyydellä näkyneestä supernovasta (SN 2009ip). Siinä ei sinällään ole mitään kummalista, mutta asiaan liittyi aivan käsittämätön outous – sama kohde oli nähty kirkastuvan supernovana viikkoa aikaisemmin.

Saman kohteen kaksi perättäistä supernovapurkausta[1] voisi olla outo yhteensattuma, mutta ei enää vuonna 2010, kun SN 2010mc käyttäytyi samoin. Suurin ongelma tällaisille purkauksille on, että tähden supernovapurkaus voi tapahtua vain yhden kerran. Jälleen kerran luonto näytti olevan oudompi kuin mitä tutkijat pystyivät kuvittelemaan.

Galgaryn yliopistossa työskentelevän tutkijan, tohtori Rachid Ouyed johtama tutkijaryhmä on päätynyt tulokseen, että jälkimmäinen purkaus (kvarkki-nova) on syntynyt siitä, että supernovaräjähdyksessä syntynyt neutronitähti[2]  oli muuttunut kvarkkitähdeksi[3]. Vapautuva energia ja purkauksen kirkkaus ovat samaa luokkaa kuin ensimmäisessä supernovassa vapautunut energiamäärä.

Mahdollinen kvarkkitähtikandidaatti olisi 1,5–1,8 auringonmassainen neutronitähti, joita kaikista neutronitähdistä olisi noin 1 %. Jos teoria olisi oikea, meidän pitäisi pystyä näkemään kahden kvarkkitähden syntyminen joka päivä. Toistaiseksi laskelmien osoittaminen oikeaksi on vaikeaa, mutta tähtitieteen historia osoittaa, että vähäinenkin outous havainnoissa voi johtaa merkittävään läpimurtoon. 

SN 2006 valokäyrä.
Kuva Wikimedia Commons.
Aikaisemmin Rachid Ouyed on ehdottanut kvarkkitähden syntymistä supernova SN 2006gy (18.9.2006) yhteydessä. Räjähdyksen voimakkuus oli 1400-kertainen SN 1987A supernovaan verrattuna. Muitakin selitysmalleja SN 2006gy:lle on esitetty. Olipa selitys mikä tahansa, SN 2006gy:n valokäyrä on muista supernovista hyvin paljon poikkeava (kts. oheinen kuva).

Jan Staff’in (Galgaryn yliopisto) mukaan voimakkaan magneettikentän omaava neutronitähti voisi päätyä romahtamaan kvarkkitähdeksi vain muutamassa tunnissa syntymisensä jälkeen. Neutronitähden ja kvarkkitähden syntymisen aikaväli on riippuvainen magneettikentän voimakkuudesta siten, että keskivoimakkaan kentän tähdillä kvarkkitähdeksi romahtaminen voisi ottaa aikaa jopa 1000 vuotta.

Tutkijoiden työ on myös osoittanut, että kvarkkitähdet olisivat mitä suurimmalla todennäköisyydellä ns. radiohiljaisia neutronitähtiä. Toinen, ehkä vielä mielenkiintoisempi tulos on, että kvarkkitähdet voisivat olla kaukaisessa universumissa havaittujen gammapurkausten aiheuttajia. Niitä on pidetty jättimäisten supernovien (hypernovien) aikaansaamina, kahden toisiaan kiertävien neutronitähtien yhteen sulautumisena tai kahden mustan aukon törmäämisenä. Kaikki nämä selitykset ovat edelleen mahdollisia, mutta kvarkkitähden syntyminen voi olla neljäs selitysmalli ilmiölle. Gammapurkausten tulevat tutkimukset voivat antaa tapahtumasta enempi tarkkoja tietoja.

Huomautukset

[1] Supernovapurkaus tapahtuu Aurinkoa noin 10-kerttaisesti massiivisten tähtien tulleessa kehityskaarensa päähän. Fuusiokelpoisen vedyn ja heliumin loppuessa massiivisen tähden ytimessä lämpötila ja paine kasvaa niin suureksi, että aina vain raskaammat alkuaineet fuusioituvat. Fuusioketjut päättyvät kun ytimeen syntyy rautaa. Raudan fuusio ei tuota enää energiaa, joten ytimen hydrostaattinen tila häiriintyy ja se luhistuu. Luhistuminen saa aikaan tähden ulko-osien räjähdyksen avaruuteen. Ydin voi tuhoutua kokonaan, siitä voi tulla neutronitähti tai musta aukko. Tähän listaan täytyy siis lisätä kvarkkitähti neutronitähden jälkeen.

[2] Neutronitähden syntyminen selittyy supernovan räjähdyksen synnyttämällä paineella, joka ”työntää” elektronit atomiytimiin. Suuri osa aineesta pirstoutuu alkeishiukkasiksi ja suuri määrä neutriinoja (lähes massattomia neutraaleja alkeishiukkasia) vapautuu. Jäljelle jäänyt aine on muuttunut neutroneiksi elektronien miinus-sähkövarauksen neutraloidessa protonien plus-varauksen. Neutronitähdillä on voimakas magneettikenttä ja hyvin voimakkaan kentän omaavia neutronitähtiä kutsutaan magnetareiksi.

[3] Kvarkkitähdet koostuvat kvarkkiaineesta. Se syntyy gravitaation (lämpötila ja paine) pakottaessa neutronitähtien neutronit niin lähelle toisiaan (1 fm), että syntyy kvarkki-plasmaa tai Fermin nestettä, jossa kvarkit pääsevät vapaasti vaeltamaan. Normaalioloissa hadronien sisällä olevat kvarkkien liikkumisvapaus on rajoittunut hiukkasen sisällä tapahtuvaksi.



Ei kommentteja:

Lähetä kommentti