Lounais-Häme

Kääpiötähti, neutronitähti vai musta aukko? Keskikokoisten tähtien kohtalosta uutta tietoa suomalaisessa tutkimuksessa

Helix Nebula on planetaarinen sumu, joka sijaitsee Vesimiehen tähdistössä, noin 700 valovuoden päässä Maasta. Sumu on syntynyt Aurinkoa lähimmästä valkoiseksi kääpiöksi hiipuvasta tähdestä. Kuva: Nasa
Helix Nebula on planetaarinen sumu, joka sijaitsee Vesimiehen tähdistössä, noin 700 valovuoden päässä Maasta. Sumu on syntynyt Aurinkoa lähimmästä valkoiseksi kääpiöksi hiipuvasta tähdestä. Kuva: Nasa

Keskikokoisten tähtien kohtalosta on saatu uutta tutkimustietoa Jyväskylän yliopistossa.

Jyväskylän yliopiston tiedotteen mukaan Auringon kaltaiset keveämmät tähdet päätyvät lopulta valkoisiksi kääpiöiksi. Massiiviset tähdet puolestaan räjähtävät näyttävänä supernovana jättäen jälkeensä neutronitähden tai mustan aukon.

Sen sijaan väliin jäävien keskikokoisten tähtien kohtalo on ollut pitkään pimennossa. Tuoreen tutkimuksen mukaan ne räjähtävät tavallisesti erikoisiksi valkoisiksi kääpiöiksi ja syöksevät ympäristöönsä monia alkuaineita.

Aurinkoa noin 7–11 kertaa painavampien tähtien kohtaloon vaikuttaa hyvin pieni yksityiskohta, siis neon-20-isotoopin ytimen elektronisieppausten nopeus.

Tutkimus kohdistui elektronisieppausten nopeuden määrittämiseen, ja siihen kuinka se vaikuttaa tähden kohtaloon: räjähtääkö tähti jättäen jälkeensä valkoisen kääpiön vai luhistuuko se gravitaation vaikutuksesta neutronitähdeksi.

Keskikokoisten tähtien kohtalolla on merkitystä myös tuotettujen alkuaineiden määriin ja niiden kehittymiseen maailmankaikkeudessa. Räjähdykset levittävät maailmankaikkeuteen muun muassa titaani-50-, kromi-54- ja rauta-60-isotooppeja, kun taas luhistumisessa alkuaineita ei leviä ympäristöön yhtä paljon.

Lähellä tapahtunut keskikokoisen tähden räjähdys voisi siten selittää poikkeavat titaani- ja kromi-isotooppien suhteet joissain meteoriiteissa, tai rauta-60-isotoopin alkuperän syvien merien pohjasedimenteissä.

Räjähdyksestä himmeämpi supernova ja erikoinen kääpiötähti

Jyväskylän yliopiston apulaisprofessori Anu Kankaisen mukaan keskikokoisten tähtien kohtalona näyttää olevan lämpöydinreaktioiden aiheuttama räjähdys, joka tuottaa tavallisesta poikkeavan himmeämmän supernovan, ja jättää jälkeensä erikoisen happi-neon-rauta-tyyppisen valkoisen kääpiötähden. Kankainen vetää Suomen ainoaa ydinastrofysiikan tutkimusryhmää Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella.

Yleisesti valkoisten kääpiöiden on nähty syntyvän tähdistä, joiden massa on alle kahdeksan Auringon massa. Jos kutistuneen kääpiötähden massa ylittää Chandrasekharin rajan, eli noin 1,4 Auringon massan, tähti räjähtää supernovana.

Tutkimuksessa havaittiin, että elektronisieppaukset ovat paljon nopeampia kuin osattiin odottaa. Tästä johtuen on paljon todennäköisempää, että tähti räjähtää lämpöydinreaktioiden kautta kuin että se luhistuisi neutronitähdeksi.

Elektronisieppausten nopeus määritettiin tutkimuksessa mittaamalla fluori-20-isotoopin beetahajoaminen yliopiston kiihdytinlaboratoriossa sekä käyttämällä teoreettisia ydinmallin mukaisia laskuja.

Räjähdysmekanismin ymmärtäminen vaatii Kankaisen mukaan jatkossa vielä tarkempia mallinnuksia tähden sisuksissa tapahtuvan materiaalin liikkumisesta eli konvektiosta.

Aurinkoa lähin esimerkki tähden räjähdyksestä valkoiseksi kääpiöksi on Helix-sumu noin 700 valovuoden päässä. Räjähtäneen tähden arvioidaan olleen noin Auringon kokoinen, eli siis huomattavasti keskikokoista tähteä pienempi. FL

Uusimmat

Näkoislehti

20.9.2020

Fingerpori

comic