Neutronitähtiä

Tällä viikolla eräs tähtitieteen proffa piti yliopistolla seminaarin neutronitähtitieteen tuloksista. Neutronitähtien arkkityyppi on Rapusumun keskellä oleva pulsari, joka syntyi luultavasti supernovaräjähdyksessä vuonna AD 1054. Rapusumu on tähtitaivaan kirkkain röntgen- ja gammasäteilyn lähde. Neutronitähdet ovat hyvin tiheitä massiivisten tähtien romahtaneita jämiä. Romahtamisen aikana protonit kaappaavat suurissa tiheyksissä elektronin ja muuttuvat neutroneiksi käänteisen radioaktiivisen hajoamisprosessin kautta. Tähdellä ei ole kuitenkaan riittävästi massaa romahtamaan mustaksi aukoksi asti vaan romahtamisen pysäyttää neutronien välinen Fermi-paine, jonka aiheuttaa kvanttimekaniikan Paulin kieltosääntö. Sen takia kahta neutronia ei voi tunkea samaan kvanttitilaan. Neutronitähti on kuin giganttisen iso atomiydin. Sen pyörimisen aiheuttamat magneettikentät kiihdyttävät hiukkasia relativistisiin nopeuksiin jolloin hidut lähettävät synkrotronisäteilyä. Tämä säteily näkyy röntgensäteilyn alueella ja sen takia mm. Rapusumusta saa röntgenobservatorioilla fänsejä hyrrän näköisiä kuvia (ks. kuva).

Rapusumun keskellä on pulsari, pyörivä neutronitähti. Nasan Chandra-röntgenteleskoopin kuva (keskellä sininen alue) tässä yhdistettynä Hubble-teleskooppin kuvaan (väärävärikuva). Lähde: Wikipedia

Suuruusluokat ovat sellaisia, että tyypillinen neutronitähti on noin 20-30 km läpimitaltaan ja massaltaan puolitoista Auringon massaa. Pintalämpötila on luokkaa miljoona astetta. Korkean pintalämpötilan takia neutronitähdet huokuvat lämpösäteilyä pehmeänä röntgensäteilynä. Röntgenteleskoopeissa näkyy joskus selvästi synkrotonisäteilyn ja lämpösäteilyn osuudet säteilyn spektrissä. Neutroniainetta kuvaavia tilayhtälöitä ei vielä tunneta, koska suhteellisuusteoreettiset ilmiöt ovat merkittäviä ja sen takia laskut ovat vaikeita. Tästä syystä ei myöskään tarkalleen tiedetä kuinka massiivinen neutronitähti voi suurimmillaan olla niin ettei se romahtaisi mustaksi aukoksi. Ainakin kahden Auringon massaisia neutronitähtiä ollaan havaittu.

Neutronitähdet liittyvät myös erääseen kummalliseen populääritieteellisiä tekstejä koskevaan väittelyyn Suomessa. Huomasin tänään paprun, jossa esitetään fysiikkaan ja filosofiaan liittyviä väitteitä. Koska fysiikka on vaikeaa tällä tasolla voisi siis olettaa, että kirjottajalla olisi edes riittävästi tietämystä modernissa fysiikassa. Paperi onnistuu lähinnä hämmentämään. Siinä viitataan erääseen Kuhnin 70-luvulla tekemään paperiin ja väitetään että suhteellisuusteorialla on vähäisesti faktapohjaa. Sitten kysytään, että ”Kuhnin väitteestä on kuitenkin jo vuosikymmeniä – ehkä tilanne on sen jälkeen muuttunut?” Da. Kävisikö vaikka viime kuussa Science-lehdessä julkaistu paperi? Siinä tutkittiin kaksoistähtijärjestelmää, joka muodostuu neutronitähdestä ja sitä kiertävästä valkoisesta kääpiötähdestä. Tähdet ovat hyvin lähellä toisiaan, vain vähän yli Auringon säteen suuruisella etäisyydellä. Jälkimmäisen kiertoaika neutronitähden ympäri on sen takia hyvin lyhyt, vajaat kaksi ja puoli tuntia. Tämän takia suhteellisuusteoria ennustaa, että kyseisen systeemin pitäisi säteillä huomattavasti energiaa gravitaatioaaltoina. Parin vuoden havaintojen tulos on, että havaittu hidastuminen kääpiötähden kiertoajassa vastaa hyvin suhteellisuusteoriasta laskettua arvoa.

Pieni pettymys on, että debatissa ei olla puututtu fysiikan filosofisiin kysymyksiin. Modernissa fysiikassa on riittävästi filosofisia kysymyksiä pohdittavaksi ja mahdollisia eri tulkintoja on leegio. Vastaavasti myös seurauksia elämän kannalta on vähintään yhtä paljon. Mutta tämän fundeeraaminen vaatisi tietenkin vähintäänkin jonkinmoista fysiikan hallintaa. Silloin ei jämähdettäisi esim. sille tasolle, että EPR-paradoksi julistettaisiin suhteellisuusteorian häviöksi ja kvanttimekaniikan voitoksi, niinkuin kysymyksessä olisi joku skaba toistensa pois sulkeville teorioille. Vinkki: kumpikin pitää paikkansa, omalla pätevyysalueellaan. Yhdistäminen on haastavaa, koska suurta yhtenäisteoriaa ei olla vielä löydetty.

Fyysikolta voi tietenkin kysyä mielipidettä elämän valintoihin liittyvissä asioissa, mutta vastaukset eivät sinänsä liity fysiikkaan. Fysiikan yhtälöt eivät vastaa sellaisiin kysymyksiin eivätkä tule koskaan vastaamaankaan. Yhtälöt voivat korkeintaan sanoa onko järkeily sopusoinnussa fysiikan lakien kanssa vai ei.

Mainokset