Lukiolaiset löysivät erikoisen kaksoistähden

Voivatko neutronitähti ja pulsari muodostaa kaksoistähden? Kyllä voivat, vaikka sellaisia ei kovin paljon tunnetakaan. Nyt näiden harvinaisten järjestelmien joukko on kasvanut poikkeuksellisella parilla.

Pulsarit löydettiin vuonna 1967, kun taivaalta havaittiin tulevan hyvin säännöllisiä radiopulsseja. Ennestään tuntemattomille kohteille annettiin ensin tunnukseksi LGM, Little Green Men eli "pienet vihreät miehet": pulssien säännöllisyyden arveltiin mahdollisesti viittaavan keinotekoiseen alkuperään.

Oudot kohteet osoittautuivat kuitenkin luonnontuotteiksi, vinhasti pyöriviksi neutronitähdiksi, jotka ovat Aurinkoa massiivisempien tähtien kehityksen päätepisteitä. Pulsareiden säteily suuntautuu voimakkaan magneettikentän ansiosta kahteen vastakkaiseen keilaan. Jos keilat sattuvat osumaan Maan suuntaan, ne havaitaan hyvin nopeasti sykkivinä pulsseina, kuin kaukaisen majakan välkkeenä.

Noin joka kymmenes pulsari kuuluu kaksoistähtijärjestelmään. Useimmiten parina on valkoinen kääpiö, suunnilleen Auringon kokoisen tähden jäähtyvä jäänne. Vain ani harva pulsari kiertää toista neutronitähteä, pääsarjaan kuuluvasta, vakaasti loistavasta tähdestä puhumattakaan. Tutkijoiden mukaan kaksoisneutronitähtien harvinaisuus johtuu neutronitähtien syntytavasta.

Kun Aurinkoa massiivisempi tähti päättää päivänsä, se räjähtää supernovana. Vaikka kuoleva tähti alkujaan kuuluisikin kaksoistähtijärjestelmään – kuten suuri osa tähdistä kuuluu – räjähdys sinkoaa tähden tiiviiksi puristuneen jäänteen eli neutronitähden usein kauas avaruuteen: kaksoistähtijärjestelmä hajoaa.

Todennäköisyys sille, että kaksoistähti selviäisi peräti kahdesta supernovaräjähdyksestä, jolloin jäljelle jäisi kaksoisneutronitähti, on hyvin pieni. Mahdotonta se ei kuitenkaan ole, ja uuden löydön toivotaan antavan valaistusta tähän epätodennäköiseen syntyprosessiin.

Uuden pulsarin, joka sai tunnuksekseen PSR J1930-1852, löysivät lukiolaiset Cecilia McGough ja De’Shang Ray vuonna 2012. He olivat mukana Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön järjestämässä PSC-projektissa (Pulsar Search Collaboratory). Siinä lukiolaiset saavat tutkia radioteleskoopilla kerättyä havaintoaineistoa, jossa saattaa piileksiä merkkejä pulsareista.

Hyviä kandidaatteja löytävät lukiolaiset pääsevät Green Bankin radio-observatorioon tekemään jatkohavaintoja yhdessä tähtitieteilijöiden kanssa. Green Bankin 100-metrinen antenni on maailman suurin täysin suunnattava radioteleskooppi. Se sijaitsee "kansallisella radiohiljaisuuden vyöhykkeellä", joka on muodostettu varmistamaan ensiluokkaiset olosuhteet huipputarkkojen radiohavaintojen tekemiselle.

 

Jatkotutkimukset varmistivat, että kyseessä todella on pulsari, ja lisäksi ne osoittivat sen kuuluvan kaksoistähtijärjestelmään. Kun pulsarin suunnassa ei havaittu optisella alueella mitään, kävi ilmeiseksi, että myös kaksoistähden toinen osapuoli on neutronitähti. Pulsarin lähettämien säteilypulssien tarkempi analyysi paljasti, että sen ja neutronitähden välinen etäisyys on suurempi kuin yhdessäkään aiemmin tunnetussa järjestelmässä.

Yleensä kaksoisneutronitähdet ovat hyvin lähekkäisiä. Ne saattavat kiertää toisiaan alueella, jonka halkaisija on jokseenkin sama kuin Auringon läpimitta eli miljoonan kilometrin luokkaa. Silloin niiden kiertoaika toistensa ympäri on alle vuorokauden.

J1930-1852 ja sen kumppanina oleva neutronitähti kiertävät toisiaan noin 52 miljoonan kilometrin etäisyydellä eli suunnilleen yhtä kaukana kuin Merkurius kiertää Aurinkoa. Etäisyys on yli tuplaten suurempi kuin edellisen "ennätyksen" haltijalla. Pulsarin ja neutronitähden kiertoaika on peräti 45 vuorokautta.

Toistaiseksi ei tiedetä, miten näin väljä kaksoisneutronitähti on voinut syntyä, mutta siitä tehtävien havaintojen toivotaan antavan siitä tietoa. Joka tapauksessa löytö osoittaa, että neutronitähtien muodostamat kaksoistähtijärjestelmät ovat paljon aiemmin oletettua monimuotoisempia.

Löydöstä kerrottiin NRAO:n (National Radio Astronomy Observatory) uutissivuilla ja tutkimus julkaistaan Astrophysical Journal -lehdessä.

Kuvat: B. Saxton/NRAO/AUI/NSF (kaksoisneutronitähti) ja NRAO/AUI/NSF (radioteleskooppi)