Ydin- ja astrofyysikot selvittivät: keskikokoiset tähdet räjähtävät erikoisiksi valkoisiksi kääpiöiksi
Tähtien elinkaari riippuu niiden koosta. 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. Tämä selvisi tuoreessa kansainvälisessä yhteistyötutkimuksessa, jossa mukana oli Jyväskylän yliopiston ydinfyysikoita. Mittaukset tehtiin Jyväskylässä kiihdytinlaboratorion IGISOL-laitteistolla. Tutkimus julkaistiin Physical Review Letters - tiedejulkaisussa hiljattain, ja se poimittiin myös ”Editor’s Suggestion” -artikkeliksi.
Keskikokoisten, aurinkoa 7-11 kertaa painavampien, tähtien kohtalo on ollut pitkään avoin. Tämä on yllättävää, sillä keskikokoiset tähdet ovat hyvin yleisiä. Niiden kohtalolla on myös merkitystä tuotettujen alkuaineiden määriin ja niiden kehittymiseen maailmankaikkeudessa.
Viime vuosina on esitetty, että keskikokoisten tähtien kohtalo riippuu hyvin pienestä yksityiskohdasta: siitä, kuinka nopeasti neon-20 isotoopin ydin voi siepata elektroneja tähden sisuksessa.
Tuore tutkimus kohdistui elektronisieppausten nopeuden määrittämiseen ja kuinka se vaikuttaa tähden kohtaloon: räjähtääkö tähti jättäen jälkeensä valkoisen kääpiön vai luhistuuko se gravitaation vaikutuksesta neutronitähdeksi.
”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”, sanoo apulaisprofessori Anu Kankainen, joka vetää Suomen ainoaa ydinastrofysiikan tutkimusryhmää Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella
Elektronisieppausten nopeus määritettiin tutkimuksessa ensimmäistä kertaa mittaamalla fluori-20 isotoopin beetahajoaminen Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa sekä käyttämällä teoreettisia ydinmallin mukaisia laskuja.
Keskikokoisten tähtien räjähdyksistä ehkä rautaa myös merien pohjasedimentteihin
Koska räjähdykset syöksevät ympäristöönsä paljon enemmän ainetta kuin luhistuminen neutronitähdeksi, tuloksella voi olla merkitystä myös alkuaineiden määrien kehittymiselle maailmankaikkeudessa. Räjähdyksessä ympäristöön levinnyt materiaali sisältää paljon muun muassa titaani-50, kromi-54 ja rauta-60 isotooppeja.
Lähellä tapahtunut keskikokoisen tähden räjähdys voisi siten selittää esimerkiksi havaitut poikkeavat titaani- ja kromi-isotooppien suhteet joissain meteoriiteissa, tai rauta-60 isotoopin alkuperän syvien merien pohjasedimenteissä.
”Keskikokoisten tähtien kohtalo näyttää siis olevan lämpöydinreaktioiden aiheuttama räjähdys, joka tuottaa tavallisesta poikkeavan himmeämmän supernovan, ja jättää jälkeensä erikoisen happi-neon-rauta-tyyppisen valkoisen kääpiötähden. Tällaisten tapahtumien havaitseminen tai havaitsematta jääminen toisi lisävaloa räjähdysmekanismin ymmärtämiseksi tulevaisuudessa”, sanoo Anu Kankainen.
Räjähdysmekanismin ymmärtäminen vaatii Kankaisen mukaan jatkossa vielä tarkempia mallinnuksia tähden sisuksissa tapahtuvan materiaalin liikkumisesta eli konvektiosta.
Linkki artikkeliin Physical Review Letters -julkaisuun:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.262701
Linkki aiempaan tutkimusartikkeliin Physical Review C –julkaisussa:
https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.100.065805
Linkki tulosten merkitystä taustoittavaan Viewpoint-artikkeliin Physics-verkkojulkaisuun:
https://physics.aps.org/articles/v12/151
Linkki alkuaineiden alkuperästä ja Kankaisen ryhmän työstä kertovaan artikkeliin JYUnity-verkkojulkaisuun:
https://jyunity.fi/tieteessa/tahdista-sataa-yha-arvokkaita-alkuaineita-avaruuteen/
Lisätietoja:
Apulaisprofessori Anu Kankainen, anu.kankainen@jyu.fi, puh. +358 40 805 4880 (Twitter: @anu_kankainen
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, puh. + 358 50 581 8351
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
https://www.jyu.fi/science/fi
Facebook: jyuscience Twitter: jyscience Instagram: jyscience
Avainsanat
Kuvat
Tietoja julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
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 Jyväskylän yliopisto
Väitös 23.1.2020: Sukupuoli kulkee naisartistien mediakuvauksessa taiteellisen osaamisen kanssa rinnakkain (Karjalainen)17.1.2020 10:30:00 EET | Tiedote
Tuore väitöskirja paljastaa, että mediassa luodaan kuvaa naislaulajista nostalgisina ja romantisoituina hahmoina.
Tanssityylisi on kuin sormenjälki, ja tietokone tunnistaa sinut sen perusteella17.1.2020 08:38:21 EET | Tiedote
Lähes kaikki liikkuvat musiikin tahdissa, vaikkapa jalkaa polkemalla tai koko kehoa heiluttamalla. Aivan uusi löytö on se, että tanssityylimme on lähes sama musiikinlajista riippumatta, ja tietokone pystyy erottamaan tanssijan hyvin tarkasti.
Uudenlainen lyhyt joustavuutta ja läsnäoloa lisäävä ohjelma lievittää työuupumusta16.1.2020 10:00:00 EET | Tiedote
Työuupumusta ja stressiä voidaan lievittää Jyväskylän yliopiston psykologian laitoksella kehitetyllä uudenlaisella lyhyellä hyväksymis- ja omistautumisterapiaan perustuvalla, psykologista joustavuutta sekä tietoista läsnäoloa (mindfulness) lisäävällä ohjelmalla.
Jyväskylän yliopisto Suomen kärkikolmikossa tieteen avoimuudessa15.1.2020 14:10:14 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto on saavuttanut opetus- ja kulttuuriministeriön avoimen tieteen toimintakulttuurin kypsyystason arvioinnissa korkeimman tason 5. Kokonaispistemäärällään (67/72) JYU sijoittuu Suomen yliopistojen joukossa kolmanneksi, Turun ja Tampereen yliopistojen jälkeen.
Biovalley vauhdittaa Keski-Pohjanmaan kansainvälistymistä15.1.2020 13:26:54 EET | Tiedote
Keski-Pohjanmaa tunnetaan Biolaaksosta: Kemian, mineraalitalouden ja maaseutuelinkeinojen yhdistelmä älykkään erikoistumisen profiilina on uniikki ja erottaa alueen muista Suomen ja Euroopan alueista. Kesällä startannut Biovalley Finland on tuki- ja promootiohanke, jonka päämääränä on Biolaakson kansainvälistäminen.
Väitös 18.1.2020: Kouluhyvinvointi – mitä tehdä, kun ongelmia ilmenee? (Parhiala)14.1.2020 10:11:41 EET | Tiedote
Lasten ja nuorten kouluhyvinvointia ja oppimisvaikeuksia selvittäneen PsM Pauliina Parhialan psykologian väitöstutkimuksen tulokset osoittivat, että joka kymmenennelle nuorelle kasautuu useita pahoinvoinnin oireita peruskoulun päättövaiheessa.
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 tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme