Helsingin yliopisto

Suomalaistutkijat selvittivät neutronitähtien saloja

Jaa

Suomalainen tutkimusryhmä selvitti maailmankaikkeuden tiheimmän aineen eli neutronitähtien ydinaineen ominaisuuksia 130 miljoonaa vuotta vanhan aineiston pohjalta.

Kuvateksti: Taiteilijan näkemys kahden neutronitähden törmäyksestä.
Kuvan copyright: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science
Kuvateksti: Taiteilijan näkemys kahden neutronitähden törmäyksestä. Kuvan copyright: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

 
Elokuussa 2017 LIGO- ja Virgo-koeasemat havaitsivat ensimmäistä kertaa painovoima-aaltoja, joiden alkuperä oli mustien aukkojen törmäyksen sijaan kahden neutronitähden yhteensulautumisprosessissa. Löydön toivotaan johtavan parempaan ymmärrykseen paitsi näiden äärimmäisen tiheiden ja pienikokoisten tähtien ominaisuuksista myös niiden sisältämän eksoottisen aineen luonteesta.

Neutronitähtien kiertäessä toisiaan huimalla nopeudella juuri ennen törmäystä ne kohdistavat toisiinsa valtavan voimakkaita vuorovesivoimia. Tämä jättää prosessissa vapautuvien painovoima-aaltojen spektriin jäljen, jossa on paljon tietoa tähtien sisältämän aineen ominaisuuksista. Tätä varsin eksoottista ilmiötä suomalaistutkijat käyttivät työssään hyväksi.

Tutkimusryhmä Helsingin yliopistosta ja Hiukkasfysiikan tutkimuslaitoksesta Cernistä pystyi havainnon avulla johtamaan merkittäviä uusia tuloksia tiheän ydinaineen ominaisuuksille.

– Pystyimme ensimmäisinä näyttämään, millaisia rajoitteita painovoima-aaltomittaus asettaa äärimmäisen tiiviin ydinaineen ominaisuuksille, kertoo Helsingin yliopiston apulaisprofessori Aleksi Vuorinen. Hän työskenteli projektissa yhdessä tutkimusryhmänsä jäsenten Eemeli Annalan ja Tyler Gordan sekä Cernissä vaikuttavan Aleksi Kurkelan kanssa.

Tutkimuksen päätulos on entistä tarkempi ennuste ydinaineen ominaisuuksia kuvaavalle tilanyhtälölle. Sitä johtaessaan ryhmä käytti neutronitähtihavaintojen lisäksi teoreettisesti tunnettuja ydinaineen ominaisuuksia ja omia aiempia tuloksiaan kvarkkiaineelle.

Tutkimuksensa sivutuotteena tutkijat pystyivät rajoittamaan myös neutronitähtien mitattavia ominaisuuksia kuten sädettä, jonka todennäköisin arvo näyttää uuden tutkimuksen valossa sijoittuvan 11 ja 13,5 kilometrin väliin.

Painovoima-aallot hiukkas- ja ydinfysiikan työkaluina

Vaikka ajatus siitä, että painovoima-aallot voisivat paljastaa jotain uutta hiukkastason fysiikasta ei ole uusi, LIGOn ja Virgon tulosten dramaattisuus yllätti tutkijat.

– Yhdessä yhden aiemman massamittauksen kanssa havainto neutronitähtitörmäyksestä riitti pienentämään ydinaineen tilanyhtälön epätarkkuutta miltei tekijällä kaksi. Tämä on aika häkellyttävä tulos ja osoittaa, mikä potentiaali painovoima-aaltomittauksilla on myös hiukkas- ja ydinfysiikan työkaluna, kuvailee Aleksi Vuorinen.

Lisää uutisia on odotettavissa jo lähitulevaisuudessa, sillä viimesyksyinen painovoima-aaltohavainto tuskin jää viimeiseksi laatuaan. Neutronitähtien sädemittausten tarkkuus on viime vuosina parantunut huomattavasti, ja myös teoreettisen hiukkas- ja ydinfysiikan aloilla kehitys on nopeaa.

Tutkimusaiheen ajankohtaisuutta kuvaa hyvin se, että viime lokakuussa julkaistu painovoima-aaltohavainto on puolen vuoden aikana johtanut jo lähes 700 uuteen tieteelliseen artikkeliin.

Tietoa 130 miljoonan vuoden takaa

Noin 130 miljoonaa vuotta sitten kaksi neutronitähteä törmäsi kaukaisessa galaksissa. Maahan asti näkyneen gammasädepurkauksen lisäksi törmäys synnytti painovoima-aaltoja, jotka havaittiin elokuussa 2017. Tämä ensimmäinen mittaus on avannut täysin uuden ikkunan sekä neutronitähtien maailmaan että niiden sisältämän hyvin erikoisen aineen ominaisuuksiin.

– Neutronitähdet voivat sisältää aivan uudenlaisia aineen olomuotoja aina suprajuoksevasta ydinaineesta kvarkkiaineeseen, jossa neutronit ja protonit ovat puristuneet toistensa sisään, kertoo Aleksi Vuorinen.

Neutronitähdet ovat supernovaräjähdyksissä syntyneitä kohteita, jotka sisältävät tunnetun maailmankaikkeuden tiheintä ainetta. Tästä johtuen ne ovat jo pitkään kiinnostaneet paitsi astronomeja myös ydin- ja hiukkasfyysikoita.

Suomalaisryhmän tutkimustulokset ovat näkyvästi esillä tällä viikolla ilmestyneessä Physical Review Letters -lehdessä https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.120.172702, jossa kyseinen artikkeli on valittu Editor's Suggestion -julkaisuksi.

Kuvateksti: Taiteilijan näkemys kahden neutronitähden törmäyksestä.
Kuvan copyright: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

Yhteystiedot: Apulaisprofessori Aleksi Vuorinen, Helsingin yliopisto, 050 338 6725, aleksi.vuorinen@helsinki.fi

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Tiina Palomäki
Viestinnän asiantuntija
puh. 050-4160419
tiina.l.palomaki@helsinki.fi
@TiinaPalomki

Kuvat

Kuvateksti: Taiteilijan näkemys kahden neutronitähden törmäyksestä.
Kuvan copyright: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science
Kuvateksti: Taiteilijan näkemys kahden neutronitähden törmäyksestä. Kuvan copyright: Robin Dienel, Carnegie Institution for Science
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Helsingin yliopisto
Helsingin yliopisto
PL 3
00014 Helsingin yliopisto

02941 911 (vaihde)http://www.helsinki.fi/yliopisto

Helsingin yliopisto on yli 40 000 opiskelijan ja työntekijän kansainvälinen tiedeyhteisö, joka toimii neljällä kampuksella Helsingissä ja usealla muulla paikkakunnalla Suomessa. Se on toistuvasti maailman sadan parhaan yliopiston joukossa. Helsingin yliopisto on perustettu vuonna 1640.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto

Väitös: Rahajärjestelmän mullistus toisi huomattavia lisätuloja valtiolle15.10.2018 09:41Tiedote

Pankkien rahanluontioikeuden siirtäminen julkisen vallan vastuulle toisi merkittävää seigniorage-tuloa eli rahan liikkeellelaskusta saatavaa tuloa valtiolle, esimerkiksi Suomessa keskimäärin 6 miljardia euroa vuosittain. Tämä vastaa sisäministeriön, ulkoministeriön, oikeusministeriön ja puolustusministeriön menoja yhteensä. Tiedot ilmenevät Helsingin yliopiston väitöstutkimuksesta.

Kutsu medialle: Miten tieteestä tehdään kansalaisoikeus? Haastekilpailu Wide – Open Source Science 26.–28.10. Helsingin Leipätehtaalla12.10.2018 08:48Tiedote

Vaikka tutkimus rahoitetaan verovaroilla, valtaosa tieteellisistä artikkeleista on tiedekustantamoiden maksumuurien takana. Millaisilla ratkaisuilla tiedettä voidaan avata kansalaisille, päättäjille ja liike-elämälle? Tervetuloa seuraamaan Wide Open Source Science -haastekilpailun avajaistilaisuutta perjantaina 26.10. klo 16.00 Helsingin Leipätehtaalle, jossa on puhumassa Suomen kovimpia avoimen tieteen asiantuntijoita. Tapahtuma on osa Open Access Weekiä eli avoimen tieteen kansainvälistä teemaviikkoa.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki STT Infossa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme