Turun yliopistossa väittelevä Joonas Nättilä tutki, kuinka neutronitähtien pinnalla tapahtuvia ydinräjähdyksiä voidaan käyttää apuna erittäin tiheän neutronimaterian tutkimuksessa.
Neutronitähdet ovat universumimme tiheimpiä tähtiä. Erittäin tiheän materian tilanyhtälö, eli arkikielessä lähinnä materian kokoonpuristuvuus, on edelleen modernin fysiikan isoja ratkaisemattomia ongelmia.
Tuorlan observatoriossa työskennellyt Nättilä onnistui soveltamaan tähän ydinfysiikan ongelmaan astrofysiikkaa, sillä tällaista erittäin tiheää materiaa löytyy myös neutronitähtien sisältä. Väitöskirjatutkimuksessaan hän mittasi kolmen eri neutronitähden koon ja käytti tätä tietoa neutronimaterian tilanyhtälön selvittämiseen.
– Onnistuimme kehittämään toimivan teoreettisen mallin neutronitähtien lähettämälle röntgensäteilylle. Tämä taas mahdollisti uuden, todella tarkan neutronitähtien koon mittauksen, josta oli ensimmäistä kertaa selvää hyötyä tilanyhtälön käyttäytymisen rajaamisessa, Turun yliopistossa väittelevä Nättilä kertoo väitöstiedotteessaan.
Uudenlaisia kosmisia ydinfysiikan laboratorioita
Neutronitähtien sisuksissa piileksii erittäin tiheää materiaa, joka koostuu pääosin neutroneista. Tästä on peräisin niiden nimikin. Tällainen materia on jopa fyysikoille melko eksoottista, sillä normaali maanpäällinen materia, johon olemme tottuneet, koostuu protoneista, neutroneista ja elektroneista.
– Kuutiosentti vettä painaa gramman – kuutiosentti neutronimateriaa painaa uskomattomat sata miljoonaa tonnia. Tämä tekee neutronitähdistä uudenlaisia jännittäviä tiheän materian laboratorioita, Nättilä selittää.
Valitettavasti nämä uudenlaiset laboratoriot sattuvat vain sijaitsemaan miljardien kilometrien päässä. Tähänkin on kuitenkin ratkaisu, sillä havaitsemiseen voidaan käyttää avaruudessa olevia röntgensatelliitteja.
– Käytin tutkimuksiini pääosin NASA:n satelliitteja. Teoria kehitettiin tuttuun ja turvalliseen tapaan kynällä ja paperilla. Datan analyysi taas suoritettiin käyttämällä supertietokoneita, Nättilä kertoo.
Joskus neutronitähden pinnalle kertyy uutta materiaa. Pinnalle päädyttyään tämä materia kuumenee ja tiivistyy ja lopulta aine on niin kuumaa, että se sytyttää fuusioräjähdyksen tähden pinnalla.
Mallintamalla näistä räjähdyksistä tulevaa röntgensäteilyä voimme myös yrittää mitata, kuinka iso tähti tämän purkauksen takana oli.
– Idea on melko yksinkertainen: mittaamalla kuinka suuria neutronitähdet ovat, voimme myös mallintaa, miltä niiden sisuksissa näyttää. Tämä on aivan uudenlaista tutkimusta, jossa astrofysiikkaa käytetään ydinfysiikan tutkimiseen, Nättilä sanoo.
FM Joonas Nättilän väitöskirjan X-ray bursts as a tool to constrain the equation of state of the ultra-dense matter inside neutron stars tarkastettaani Turun yliopistossa perjantaina 15. joulukuuta.