Massiivseim neutrontäht kummutab müüdid eksootilistest osakestest

Jaan-Juhan Oidermaa | 09.11.2010

Massiivseim eales avastatud neutrontäht heidab kahtlusevarju mitmetele eksootilise osakeste teooriatele, kuid annab lisalootust üldrelatiivsusteooria ülima konstruktsiooni – gravitatsioonilainete – leidmiseks, kirjutab Jaan-Juhan Oidermaa Eesti Füüsika Portaalis.

Päikesest vähemalt viis korda massiivsemad tähed ei muutu oma eluea lõpus aeglaselt kahvatuks valgeks kääbuseks, vaid võivad plahvatavad suurejoonelise supernoovana. Tähest järelejäänud aine kukub gravitatsiooni tõttu kokku ning sellest moodustub must auk, kui laenguta tuumaosakesed – neutronid – ei suuda gravitatsioonile vastu seista. Vastasel juhul, kui kokkukukkuva aine mass ületab 1.4 Päikese massi, tekib neutrontäht, tihedaim ainevorm, mis ilma mustaks auguks muutumata eksisteerida saab.

Valge kääbus aeglustab pulsari kiirgusvooge. Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF.

„Tegelikult võiks neutrontähte väga vabalt võrrelda aatomiga, ühe aatomiga, mille läbimõõt umbes 10 kilomeetrit,“ naeris uurimuse kaasautor Scott Ransom intervjuu ajal. Neutrontäht peaks koosnema peaaegu eranditult neutronitest. Siiski väidavad mõned teooriad, et neutronid saavad veel tihedamateks eksootilisteks aineosakesteks muutuda nagu hüperonideks, kaooniteks või isegi vabadeks kvarkideks.

„Meie mõõdetud massi kohaselt ei saa need seal kohe mitte kuidagi olla,“ ütles Ransom. Tema töörühm kasutas selle tõestamiseks Einsteini üldrelatiivsusteooria alusel Irwin Shapiro avastatud ‘Shapiro hilinemiseks’ kutsutavat efekti. Oli vaid õnnelik juhus, et meetodit kasutada sai, kuna selle rakendamiseks peab neutrontähe erivormil, pulsaril, olema paariline, mille ümber tiirelda. Samuti peab binaarsüsteem asetsema Maa suhtes täpselt õigel tasandil.

Pulsar käitub ülitäpse kosmilise majakana kiirates regulaarselt kosmosesse röntgen- või gammakiiri. Kui kiirgusvoog satub pulsari paaristähe, antud juhul valge kääbuse lähedusse, muudab see kiirgusvoo Maale saabumise vahelised intervallid ebaregulaarseks. „Kääbuse mass muudab venitab aegruumi välja ja kiirgus peab pikema tee läbima,“ selgitas Paul Demores, uurimuse peaautor: „see on kõige puhtamal kujul üldrelatiivsus.“ Hilinemise abil on võimalik kindlaks teha mõlema tähe massid.

Eelnevalt on arvatud, et neutrontähede mass ei saa olla suurem kui 1.4-3 Päikese massi. Töörühma tulemuste kohaselt on PSR J1614-2230 mass 1.97 Päikese massi, mis on eelnevalt raskeima neutrontähe tiitlit kandnust 20% võrra raskem. „See ei pruugi tunduda just väga palju, aga kui sa hakkad mõtlema, kui palju Päike ise kaalub, siis ei tundugi see väga väike erinevus,“ mõtiskles Ransom. Lisaks pulsarite maksimaalse massilae tõstmisele pakub avastatu astronoomidele veelgi pinget.

Seni ei ole veel pulsariteadlased täieliku konsensuseni jõudnud, mis põhjustab teatud tüüpi ülienergeetilisi ning samas lühikesi gammakiirte purskeid. Valdava teooria kohaselt tekitavad nähtuse omavahel kokku põrkavad neutrontähed ning avastus tundub seda veelgi kinnitavat. „Kui sa põrgatad omavahel kahte tunduvalt suurema massiga neutrontähte, siis on sul tunduvalt suurem parameetriline ruum põrkamisjärgse massi saamiseks,“ demonstreeris Demores piltlikult.

Veelgi enam, arvatakse, et sellised neutrontähtede omavahelised põrked põhjustavad moodsa astronoomia Püha Graali – gravitatsioonilainete – teket. Nimetatud lained kannavad väärtusliku lisainformatsiooni neutrontähtede koostise kohta. „See süsteem ning pulsarid üldse on fantastilised kosmilised laboratooriumid, mille kõiki rakendusi on äärmiselt raske üles lugeda,“ naeratas Ransom.

Töörühma uurimus ilmub 28. oktoobril ajakirjas Nature.
Avastuse võimalikele mõjudele astrofüüsikas pühendatud artikkel ilmub ajakirjas Astrophysical Journal.

Märksõnad: neutrontähed, pulsarid