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 jo ennen kuin ne uutisoidaan? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi yhtä aikaa suomalaisen median kanssa. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto

Opettajankoulutusta uudistetaan Suomessa21.5.2018 13:50Tiedote

Miksi uudistaa jo kansainvälisesti erinomaiseksi kehuttua opettajankoulutusta? Mitä opettajan on osattava nyt ja tulevaisuudessa? Helsingin yliopistosta johdetussa ja opetus- ja kulttuuriministeriön rahoittamassa laajassa opettajankoulutuksen uudistamishankkeessa etsitään ratkaisuja ja tarjotaan koulutusta ja tukea nykyisille ja tuleville opettajille. Hankkeen 12 osahanketta johtavat professorit ja dosentit Helsingin yliopiston eri tiedekunnissa ja hanketta koordinoi professori Auli Toom Yliopistopedagogiikan keskuksesta.

Suomalaisuus on vahva viitekehys koulutuksen kentässä21.5.2018 13:05Tiedote

Suomalaisuus ja suomalainen koulutus herättävät mielenkiintoa ympäri maailmaa. Aiheita koskevissa keskusteluissa korostuu tasa-arvon, oikeudenmukaisuuden ja erinomaisuuden eetos. Kansainvälisestä näkökulmasta suomalainen yhteiskunta, elämä ja koulutuksen laatu näyttävät olevan hyvällä mallilla: oppimista mittaavien vertailujen mukaan koulutuksellinen tasa-arvoisuus tuottaa laatua oppimisessa. Suomalaisen koulun menestys siivittää myös monia koulutusvientihankkeita yliopistojen, korkeakoulujen ja yksityisen yritystoiminnan areenoilla.

Gravitaatioaallot ja ajan suunnan kääntäminen; kaksi maailmankaikkeuden aihetta fysiikan nobelistien luennoidessa Helsingissä toukokuussa16.5.2018 14:04Tiedote

Helsingin yliopistossa luennoi toukokuun lopussa kaksi fysiikan nobelistia. Tilaisuudet ovat avoimia. Torstaina 24.5. kello 17.00 yliopiston juhlasalissa luennoi vuoden 2004 fysiikan nobelisti Frank Wilczek otsikolla The strange, unfinished story of time reversal. Viikon kuluttua torstaina 31.5. kello 10.00 Kumpulassa alkavassa symposiumissa vuoden 2017 fysiikan nobelisti Rainer Weiss puhuu otsikolla The beginnings of gravitational wave astronomy.

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