neutronitähdet ovat tähtien ruumiita, jotka jäävät jäljelle, kun massiivinen tähti menee supernovaan. Ne ovat käsittämättömän tiheä: pöydällinen neutronitähti sijoitettu maan pinnalle painaisi suunnilleen yhtä paljon kuin Mount Everest (kun taas tablespoonful auringon painaisi niin vähän kuin noin 5 kiloa).

ja vaikka neutronitähtien massan vaihteluväli on vuosien varrella suhteellisen hyvin rajoittunut, on niiden tarkkaa leveyttä ollut vaikeampi määrittää. Useimmat tähtitieteilijät kuitenkin ajattelevat, että massa on pakattu suunnilleen kaupungin kokoiseen palloon.

nyt uusi tutkimus on yhdistänyt gravitaatioaaltomittauksia muihin tekniikoihin asettaakseen niiden kokoon toistaiseksi parhaat rajoitteet. Arvion mukaan tyypillinen neutronitähti on läpimitaltaan noin 13,7 kilometriä. Tällä koolla on mielenkiintoisia vaikutuksia siihen, mitä tapahtuu, kun ne joutuvat liian lähelle toista kosmoksen salaperäisimmistä kohteista: mustia aukkoja. Uuden koon tulokset osoittavat, että musta aukko voi niellä neutronitähden kokonaisena monissa olosuhteissa-jättäen jälkeensä vain vähän todisteita, joita maan tähtitieteilijät voivat havaita tavanomaisilla teleskoopeilla.

miten neutronitähdet muodostuvat

massiiviset tähdet räjähtävät, kun ne tyhjentävät ydinfuusiossa käytetyt kaasunsa. Kun raju ainepurkaus purkautuu joka suuntaan, jäljelle jäänyt tiivistyy neutronitähdeksi. Jos tähti on tarpeeksi massiivinen, jäännös voi tiivistyä edelleen mustaksi aukoksi.

mutta yksinäiset tähdet, kuten aurinkomme, ovat vähemmistö maailmankaikkeudessamme. Useimmat tähdet ovat olemassa useissa järjestelmissä. Ja kun kaksi suurta tähteä kehittyy rinnakkain, nämä muukalaisten aurinkokunnat voivat päättyä kahteen neutronitähteen, kahteen mustaan aukkoon tai yhteen kumpaankin. Viime vuosina tähtitieteilijät ovat alkaneet havaita näitä järjestelmiä niiden gravitaatioaaltojen ansiosta, jotka sinkoutuvat ulos, kun ne törmäävät kuolinspiraaleilla toisiinsa. Näin tähtitieteilijät tekivät äskettäin äärimmäisen tarkan mittauksen neutronitähden koosta.

vuonna 2017 Laserinterferometri Gravitational-wave Observatory (LIGO) Yhdysvalloissa ja Neitsyt-ilmaisin Italiassa havaitsivat gravitaatioaaltosignaalin, joka vihjasi kahden neutronitähden törmänneen toisiinsa noin 120 miljoonan valovuoden päässä. Pian tämän jälkeen perinteiset observatoriot alkoivat nähdä törmäyksen sähkömagneettisilla aallonpituuksilla. Nuo havainnot sisälsivät ennennäkemättömiä oivalluksia esineiden massasta ja pyörimisestä.

neutronitähden koko

saksalaisen Albert Einstein-instituutin (AEI) tutkijoiden johtama ryhmä teki nämä havainnot ja yhdisti ne sitten malleihin siitä, miten subatomiset hiukkaset käyttäytyvät neutronitähtien sisällä erittäin tiheissä olosuhteissa. Vaikka on mahdotonta luoda sellaisia olosuhteita maan laboratorioissa, fyysikot osoittivat, että he voisivat käyttää olemassa olevaa teoriaa ekstrapoloidakseen laskelmansa pienimmästä asteikosta siihen, mitä kaukaisissa neutronitähdissä tapahtuu.

niiden tulosten perusteella neutronitähtien läpimitan on oltava 13-15 mailia. Tyypillisen neutronitähden pitäisi olla noin 13,7 mailia leveä. Arviot asettavat neutronitähtien koolle tiukempia rajoituksia kuin aiemmat tutkimukset.

”neutronitähdet sisältävät havaittavan maailmankaikkeuden tiheintä ainetta”, AEI: n tutkija ja tutkimuksen tekijä Collin Capano sanoi mediatiedotteessa. ”Itse asiassa ne ovat niin tiheitä ja tiiviitä, että koko tähteä voidaan pitää yhtenä atomiytimenä, joka on mitoitettu kaupungin kokoiseksi. Mittaamalla näiden kappaleiden ominaisuuksia opimme tuntemaan perusfysiikan, joka hallitsee ainetta subatomisella tasolla.”

mustan aukon nielaisema

että diminutiivinen halkaisija on niin pieni, että mustan aukon kanssa rinnakkain kiertävä neutronitähti voisi joutua jopa kokonaan nieltäväksi, kun se tulee liian lähelle. Tähtitieteilijät ovat tarkkailleet innokkaasti mustan aukon ja neutronitähtien törmäyksiä. He odottivat, että nämä fuusiot lähettäisivät voimakasta sähkömagneettista säteilyä — sellaista valoa, jota tyypilliset havaintoasemat näkevät maan päällä.

kuitenkin, jos neutronitähti ei ole silpoutunut näiden kahden yhdistyessä, ei säteilisi valoa, jota maahan sijoitetut teleskoopit voisivat uuden tutkimuksen mukaan havaita. Samalla gravitaatioaaltoilmaisimet eivät todennäköisesti myöskään pystyisi erottamaan yhdistyviä mustia aukkoja sekamuotoisesta fuusiosta.

”olemme osoittaneet, että lähes kaikissa tapauksissa neutronitähti ei revi mustaa aukkoa kappaleiksi ja pikemminkin nielaisee sen kokonaisena”, Capano sanoi. ”Vasta kun musta aukko on hyvin pieni tai nopeasti pyörivä, se voi häiritä neutronitähteä ennen sen nielemistä; vain silloin voimme odottaa näkevämme muuta kuin gravitaatioaaltoja.”

tähtitieteilijöiden ei pitäisi joutua odottamaan liian kauan saadakseen selville, onko tämä ajatus oikea. Maailman gravitaatioilmaisimien teho kasvaa lähivuosina. Jos neutronitähden ja mustan aukon törmäykset osoittautuvat odotettua harvinaisemmiksi, ainakin he tietävät miksi.

tulokset julkaistiin Nature Astronomy-lehdessä 9.maaliskuuta.