Blogit

Tiedetoimittaja Markus Hotakainen hämmästelee maailmankaikkeutta.

Kvanttivakuumin polarisaatio mahdollistaa ultratiheät tähdet. Siis mitä?

Blogit Taivaan tähden 10.3.2018 16:16
Markus Hotakainen
Kirjoittaja on tiedetoimittaja ja tietokirjailija.

Ultratähtien törmäyksissä arvellaan syntyvän samanlaisia gravitaatioaaltoja kuin neutronitähtien kolareissa. Kuva: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc./Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Jos sivuutetaan toistaiseksi tyystin teoreettiset kvarkkitähdet, tiheimpiä taivaankappaleita ovat neutronitähdet. Ne koostuvat nimensä mukaisesti pelkistä neutroneista, sillä protonit ja elektronit ovat puristuneet yhteen varauksettomiksi alkeishiukkasiksi.

Neutronitähden koolla on yläraja, noin kolme Auringon massaa. Jos tähden pinnalle virtaa kaasua kaksoistähden toisesta osapuolesta, raja voi ylittyä. Silloin neutronien aiheuttama painekaan ei pysty vastustamaan gravitaatiota ja neutronitähti luhistuu mustaksi aukoksi, pelkäksi koloksi aika-avaruuden kudelmassa.

Raúl Carballo-Rubio on eri mieltä. SISSA-tutkimuskeskuksessa (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) työskentelevä Carballo-Rubio on kehittänyt matemaattisen mallin, jonka mukaan vieläkin tiheämpiä tähtiä voi olla olemassa.

Mallissa, jonka matematiikkaa en edes kuvittele ymmärtäväni, yhdistyvät yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttivakuumin polarisaatio, joka aiheuttaa gravitaatiota vastustavan poistovoiman.

Silloin neutronitähti, joka on kerännyt ylipainoa, voisi mustaksi aukoksi luhistumisen sijasta asettua uuteen tasapainotilaan. Siinä tapauksessa tiheys olisi vielä suurempi kuin neutronitähdellä, mutta se olisi kuitenkin fyysinen kappale, pyöreä pallo.

Jos malli pitää kutinsa, tällaiset ultratiheät tähdet eivät havaintojen kannalta poikkeaisi kovin paljon mustista aukoista: niitä olisi siis hyvin vaikea havaita.

Myös ultratähtien yhteentörmäykset saisivat aikaan gravitaatioaaltoja.

Mustista aukoista saadaan vihiä vain, jos ne sattuvat olemaan kaksoistähtijärjestelmässä ja vaikuttavat vetovoimallaan toisen tähden liikkeeseen tai jos niihin syöksyy ainetta, joka ennen aukkoon katoamistaan kuumenee niin, että se säteilee voimakkaasti.

Teorian ennustamien ultratähtien löytäminen – edellyttäen, että malli on oikeassa ja niitä tosiaan on olemassa – vaatiikin todennäköisesti nykyistä paljon kehittyneempää ja herkempää gravitaatioaaltojen mittaustekniikkaa.

Toistaiseksi haaviin tarttuneet gravitaatioaallot ovat syntyneet mustien aukkojen ja neutronitähtien kolareissa – tai ainakin niin oletetaan. Myös ultratähtien yhteentörmäykset saisivat aikaan gravitaatioaaltoja, mutta niiden erottaminen ”tavallisissa” törmäyksissä syntyneestä aika-avaruuden aaltoilusta ei nykylaitteilla onnistu.

Carballo-Rubion mukaan mallin ennustamien tähtien löytyminen on mahdollista ehkä ”tulevina vuosikymmeninä”. Ei siis kannata odotella hengitystään pidätellen.