Tähtitieteilijät ovat löytäneet mikronovan

 eso2207fi — Tutkimustiedote 20. huhtikuuta 2022 – suom. Pasi Nurmi

Tähtitieteilijöiden ryhmä on Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (ESO:n VLT) kaukoputken avulla havainnut uudentyyppisen tähden räjähdyksen, jota kutsutaan mikronovaksi. Nämä purkaukset tapahtuvat tiettyjen tähtien pinnalla. Tähti voi purkauksissa fuusioida vain muutamassa tunnissa materiaa noin 3,5 miljardin Gizan suuren pyramidin verran.

”Olemme löytäneet ja tunnistaneet ensimmäistä kertaa mikronovaksi kutsutun kohteen”, Simone Scaringi, tähtitieteilijä Durhamin yliopistossa Isossa-Britanniassa, kertoi. Hän johti tänään Nature-lehdessä julkaistua tutkimusta. ”Ilmiö haastaa ymmärryksemme siitä, kuinka tähdissä tapahtuvat lämpöydinräjähdykset tapahtuvat. Luulimme jo, että ymmärtäisimme ilmiön, mutta tämä löytö viittaa aivan uuteen tapaan niiden syntymiseksi”, hän lisäsi.

Tämän taiteilijan näkemys esittää kahden tähden järjestelmää, jossa mikronovia voi esiintyä. Kuvan keskellä olevan kirkkaan valkoisen kääpiön ympärillä pyörivä sininen kiekko koostuu kumppanitähdestä siirtyneestä materiasta (enimmäkseen vetyä). Kiekon keskustaa kohti siirryttäessä valkoisen kääpiön vahva magneettikenttä ohjaa vetyä napoja kohti. Kun materia putoaa tähden kuumalle pinnalle, se laukaisee mikronovan.  © ESO/M. Kornmesser, L. Calçada.

Mikronovat ovat äärimmäisen rajuja tapahtumia, mutta tähtitieteellisissä mittakaavoissa ne ovat silti pieniä. Niissä vapautuu paljon vähemmän energiaa, kuin novina tunnetuissa tähtien räjähdyksissä, joista tähtitieteilijät ovat tienneet vuosisatojen ajan. Molempia räjähdyksiä tapahtuu valkoisissa kääpiöissä ^[1], joiden massa on oman Aurinkomme luokkaa.

Kahden tähden muodostamassa järjestelmässä valkoinen kääpiö voi varastaa seuralaistähdeltään materiaa, joka on enimmäkseen vetyä, jos ne ovat riittävän lähellä toisiaan. Kun kaasu putoaa valkoisen kääpiön erittäin kuumalle pinnalle, se saa aikaan vetyatomien fuusioitumisen heliumiksi räjähdysmäisessä tilassa. Novissa nämä lämpöydinräjähdykset tapahtuvat koko tähden pinnalla. ”Tällaiset räjähdykset saavat koko valkoisen kääpiön pinnan palamaan ja loistamaan kirkkaasti useita viikkoja”, yksi artikkelin kirjoittajista Nathalie Degenaar, tähtitieteilijä Amsterdamin yliopistossa, Alankomaissa, sanoi. 

Mikronovat ovat samanlaisia räjähdyksiä, mutta pienempiä kooltaan, sekä ne ovat nopeampia kestäen vain useita tunteja. Niitä esiintyy tietyissä valkoisissa kääpiöissä, joilla on vahvat magneettikentät, jolloin ne ohjaavat tähteen putoavaa materiaa kohti magneettisia napoja. ”Olemme nyt nähneet ensimmäistä kertaa, että vetyfuusio voi tapahtua myös paikallisesti. Vetyä voi olla joidenkin valkoisten kääpiöiden magneettisten napojen alueella, joten fuusio tapahtuu vain näillä magneettisilla napa-alueilla”, Paul Groot, Alankomaiden Radboudin yliopiston tähtitieteilijä ja tutkimuksen yksi kirjoittajista, sanoi. 

”Tämä johtaa mikrofuusiopommien räjähtämiseen, jotka ovat voimakkuudeltaan vain noin miljoonasosa nova-räjähdyksen voimasta. Tästä syystä ilmiötä kutsutaan mikronovaksi”, Groot jatkoi. Vaikka sana ”mikro” saattaa tarkoittaa, että nämä tapahtumat ovat pieniä, niin sanan ei kannata antaa ajatuksen mennä harhaan. Jo yhdessä tällaisessa purkauksessa vetyä voi fuusioitua noin 20 000 000 biljoonaa kg, joka vastaa noin 3,5 miljardin Gizan suuren pyramidin verran ainetta [2]. 

Nämä mikronovat haastavat tähtitieteilijöiden ymmärrystä tähtien räjähdyksistä ja ne voivat olla yleisempiä kuin aiemmin on ajateltu. ”Tämä vain osoittaa kuinka dynaaminen maailmankaikkeus on. Nämä tapahtumat saattavat olla oikeastaan aika yleisiä, mutta koska ne ovat niin nopeita, niitä on vaikea saada kiinni tositoimissa", Scaringi selitti.

Tutkimusryhmä tutustui näihin salaperäisiin mikroräjähdyksiin ensimmäisen kerran analysoidessaan NASA:n Transiting Exoplanet Survey Satellite, eli TESS- satelliitin tietoja. ”Kun tutkimme NASA:n TESSin keräämää tähtitieteen dataa, löysimme jotain epätavallista. Huomasimme kirkkaan optisen alueen valon välähdyksen, joka kesti muutamia tunteja. Etsiessämme vielä lisää löysimme useita vastaavia signaaleja”, Degenaar sanoi.

Tutkimusryhmä havaitsi TESSin kanssa kolmea mikronovaa. Näistä kaksi oli tunnettuja valkoisia kääpiöitä, mutta kolmas vaati lisähavaintoja ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentilla, jonka avulla voitiin vahvistaa se, onko kohde valkoinen kääpiö.

”ESO:n Very Large Telescope -teleskoopin avulla huomasimme, että kaikki optisen alueen välähdykset olivat valkoisten kääpiöiden tuottamia”, Degenaar sanoi. ”Tämä havainto oli ratkaiseva, kun tulkitsimme saamiamme tuloksia ja oli olennainen mikronovien löytämisessä”, Scaringi lisäsi. 

Mikronovien löytäminen kasvattaa tunnettujen tähtiräjähdysten kirjoa. Tutkimusryhmä haluaisi seuraavaksi havaita lisää näitä vaikeasti havaittavia tapahtumia, jotka vaativat laajoja taivaan kartoituksia ja nopeita seurantahavaintoja. ”Salaperäisten mikronovien selvittämisessä nopea reagointi sellaisten teleskooppien, kuten VLT:n tai ESO:n New Technology Telescope-teleskoopin ja niiden instrumenttien avulla on ensisijaisen tärkeää”, Scaringi kertoi lopuksi.

Huomautukset

[1] Valkoinen kääpiö on ollut Auringon kaltainen tähti, joka on tullut kehityskaarensa päähän. Fuusiokelpoisen vedyn loputtua tähden ytimessä alkaa heliumin fuusio, joka tuottaa aikaisempaa runsaammin energiaa. Tämän seurauksena tähti laajenee punaiseksi jättiläiseksi ja sen tähtituuli voimistuu merkittävästi. Fuusiokelpoisen heliumin loputtua tähden ydin romahtaa maapallon kokoiseksi ja ulko-osa poistuu ympäröivään avaruuteen muodostaen aikaisemman tähtituulen kanssa planetaarisen sumun valkoisen kääpiön ympärille. Muodostunut valkoinen kääpiö on erittäin kuuma ja se säteilee jäännöslämpöään (jäähtyy) ehkä kymmenien miljardien vuosien ajan.

[2] Biljoonaa tarkoittaa miljoonaa miljoonaa (1000 000 000 000 tai 10¹²) ja miljardi tuhatta miljoonaa (1 000 000 000 tai 10⁹). Kairossa, Egyptissä (tunnetaan myös nimellä Khufun pyramidi tai Cheopsin pyramidi) sijaitsevan Gizan suuren pyramidin paino on noin 5 900 000 000 kg.