Neutronitähden läpileikkaus voisi näyttää tältä. Kuva: Jyrki Hokkanen/Tieteen tietotekniikan keskus CSC
Neutronitähden läpileikkaus voisi näyttää tältä. Kuva: Jyrki Hokkanen/Tieteen tietotekniikan keskus CSC

Neutronitähdet ovat ikään kuin epäonnistuneita mustia aukkoja. Ne ovat pieniä ja äärimmäisen tiiviitä.

Neutronitähdet ovat yksi erikoisimmista asioista maailmankaikkeudessa, äärimmäisen tiheän aineen palloja.

Ne ovat ikään kuin epäonnistuneita mustia aukkoja. Pienikin massan lisäys riittäisi, niin neutronitähti saattaisi romahtaa mustaksi aukoksi.

Nyt neutronitähdistä raskaimmista on suurella todennäköisyydellä löytynyt niin sanottua kvarkkiainetta, joka on aineen äärimmäinen olomuoto.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Ainakin jos suomalaisen ryhmän löydös pitää paikkansa:

”Aivan sataprosenttisella varmuudella emme voi sanoa, että kvarkkiainetta todella löytyy, mutta tämä näyttää kyllä hyvin todennäköiseltä”, sanoo tutkimusryhmän jäsen, hiukkas­fyysikko Aleksi Vuorinen Helsingin yliopistosta.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Neutronitähdet ja osa mustista aukoista syntyvät samalla tavalla. Massiivinen, satoja kertoja aurinkoamme isompi tähti räjähtää supernovana. Jos tähti on tarpeeksi jättiläismäinen, ydin sortuu mustaksi aukoksi. Jos tähti ei ole tarpeeksi raskas, ydin romahtaa neutronitähdeksi.

Valmiit neutronitähdet eivät ole massaltaan paljon suurempia kuin Aurinko. Ne ovat enintään vähän yli kaksinkertaisia massaltaan. Ne ovat hyvin tiheitä. Niiden säde on vain kymmenen kilometrin luokkaa.

”Jos koko ihmiskunta, kaikki liki kahdeksan miljardia ihmistä, puristettaisiin yhtä tiiviiksi, me olisimme vain sokeripalan kokoisia”, Vuorinen vertaa.

Tulitikkuaskin kokoinen kappale neutronitähteä painaa arviolta­ kolme miljardia tonnia.

Mitä on se kvarkkiaine, jota ryhmä on päätellyt olevan raskaimpien neutronitähtien sisällä?

Tavallisesti atomit, mistä me kaikki koostumme, ovat pääasiassa täynnä tyhjää. Atomi on noin millimetrin kymmenesmiljoonasosan kokoinen ja atomin ydin on vielä noin sata­tuhatta kertaa pienempi. Ytimessä on protoneiksi ja neutroneiksi sanottuja hiukkasia, ja niiden ympärillä elektroneja. Ytimen ja elektronien välissä on runsaasti tyhjää.

Neutronitähtien sisäosissa hirvittävä painovoima painaa atomiytimet yhteen, eikä tyhjää tilaa enää jää. Puristunutta massaa sanotaan ydinaineeksi.

Atomin ytimen protonit ja neutronit koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, kvarkeista.

Yli 40 vuotta on teoretisoitu, että jos neutronitähti on tarpeeksi raskas, sen ytimessä olevat neutronit puristuvat toistensa sisään ja menettävät kokonaan rakenteensa, jolloin syntyy kvarkkiainetta.

Aikaisemmin tätä pidettiin epätodennäköisenä. Vuorisen ja yhteistyökumppaneiden havaintojen perusteella on todennäköistä, että näin todella käy raskaimpien neutronitähtien sisällä.

”Mikäli siellä ei ole kvarkki­ainetta, se edellyttää hyvin kummallisia ominaisuuksia ydinaineessa neutronitähtien sisällä, kuten että äänennopeus neutronitähden sisällä olisi lähellä valonnopeutta”, Vuorinen sanoo.

”Havaintojemme perusteella raskaimpien neutronitähtien sisällä aine käyttäytyy kuitenkin samalla tavalla kuin kvarkki­aineen on teoretisoitu käyttäytyvän”, Vuorinen jatkaa.

Kvarkit ovat siis universumin pienimpiä palasia, joista arkinen aine pääosin koostuu. Jos universumi olisi legoista tehty rakennelma, kvarkit olisivat pienimpiä ja litteimpiä palasia, joissa on vain yksi kiinnitysnappula.

Kuten legoja, kvarkkeja on erilaisia. Niitä on kuutta eri lajia, mutta neutronitähtien ulko­puolella kaikki aine koostuu vain up- ja down-kvarkeista.

Maallikolle ne ovat kaikki outoja, mutta vain yhden nimi on outo, englanniksi strange. Näitä s-kvarkkeja on vain raskaiden neutronitähden sisällä.

Kvarkkiainetta on käytännössä mahdotonta tuottaa keinotekoisesti, niin äärimmäisiä oloja sen synty vaatii.

Vuorinen ryhmineen keksi yhdistellä hiukkasfysiikan teoreettisia laskuja havaintoihin neutronitähdistä.

Avainasemassa olivat vuonna 2017 havaitut painovoima-aallot, jotka syntyivät kahden neutronitähden törmätessä toisiinsa. Tärkeitä olivat myös vuonna 2010 havaitut isoimmat neutronitähdet, joiden massa on enemmän kun kaksi Aurinkoa.

Ryhmä myös varmisti, ettei kevyemmissä neutronitähdissä ole kvarkkiainetta, vaan ne koostuvat ydinaineesta. Tutkimus julkaistiin maanantaina Nature Physics -tiedelehdessä.

Varmuudella ei voi sanoa, kuinka raskas neutronitähden tulee olla että kvarkkiainetta muodostuu, mutta sitä ei ole noin 1,7 Auringon massaisten neutronitähtien sisällä.

Nurtsi
Seuraa 
Viestejä7

Millaista mahtaa tuon kvarkkiaineen magneettisuus olla? Neutronillahan on kvarkkiensa ansiosta magneetismi vaikka sillä ei sähkövarausta olekaan.
Jos oletetaan että n. 2 kertaa auringon massainen neutronitähti pyörii maasta katsoen 600 kierrosta sekunnissa niin "näemme" sen kulmanopeudeksi 216 astetta millisekunnissa. 

Aikadilaation takia sen pinnalla aika kulkee kuitenkin vähän hitaammin. joten sen pinnalta katsoen kulmanopeuskin on vähän alle 250 astetta millisekunnissa. Maapallo siis vilahtelee sieltä katsottuna sekunnin aikana useammin ohi kuin tähden pinnalla oleva tarkkailija maasta käsin nähtynä.
Neutronitähden ytimessä aika kulkee noin neljäsosanopeudella eli siellä pyörimisen kulmanopeus on jo 864 astetta millisekunnissa.
Miten mahtaa siis tähden ulompien ja sisempien magneettivoiden välinen itseinduktio tähden sisällä toimia, kun niiden voimakkuus on riippuvainen juuri magneettisen aineen kulmanopeudesta?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä35095

Goswell kirjoitti:
Mähän kutsuisin sitä kvarkkitähteä mustaksi aukoksi, tai siis musta tähti.

Älä käytä samoja nimiä omille keksinnöillesi kui tieteessä käytetään. Aiheutat vain turhaa sekaannusta ja kinaa etkä tee sillä itsestäsi yhtään uskottavampaa. Fysiikassa musta aukko on täysi neri objekti kuin (hypoteettinen) kvarkkitähti tai neutronitähti tai jos nuo ovat oikeassa, niiden jonkinlainen sekasikiö.

Mustassa aukossa mikään tunnettu vuorovaikutus ei ole tasapainossa gravitaation kanssa. Kvarkkitähdessä kvarkkien degeneraatiopaine estää tähteä romahtamasta, jos ei se kasva liian suureksi.

Sisältö jatkuu mainoksen alla