Ajalooline tabamus: astronoomid nägid esimest korda ühinemas neutrontähti ({{commentsTotal}})

{{1508133600000 | amCalendar}}

Gravitatsioonilaineid ehk aegruumi enda võbelusi otsivad astronoomid teatasid, et tabasid esimest korda ühinemast kaks neutrontähte. See avab astronoomias täiesti uue peatüki. Tegu on avastusega, mis tõotab muuta astronoomiat üdini.

Ajalooline oli ka pressikonverents, mida tegid üheaegselt 70 teadusasutust üle maailma, seda saab järele vaadata siinse artikli lõpust.

Eelnevalt olid LIGO teadlased registreerinud nelja mustade aukude ühinemisele viitavat signaali. Sõltuvalt kokkupõrkest oli nende lähedusse sattuvat ainet õgivate objektide mass Päikese omast kaheksa kuni 36 korda suurem.

Nüüd täheldatud gravitatsioonilaine taga olid kaks Neitsi tähtkujus asunud ja omavahel kokku põrganud neutrontähte läbimõõduga 20–25 kilomeetrit, massiga 1,1–1,6 Päikese massi. Peamiselt neutronitest koosnevad tähed on Päikesest 8–30 korda suurema massiga tähtede arengu lõppstaadiumiks.

Kokkupõrge toimus Maast ligi 130 miljoni valgusaasta kaugusel, kuid valgus jõudis meieni vaid kaks sekundit hiljem kui gravitatsioonilaine.

Keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi (KBFI) vanemteadur Andi Hektor selgitas, et millegi sellise nägemist on oodatud kaua. Teati, et see peaks juhtuma. Ootamatuks tegi selle aga see, et seda nähti väga erinevate teleskoopidega. „Tõenäosus gammakiirgust näha – vanasti arvati olevat – on üks tuhandik; see, et me satume sinna kitsa gammakiirguse vihu sisse, see on väga väike tõenäosus.“

Gammapurskeid on viimase kümnendi jooksul nähtud sadu kordi, kuid selle, augustis tabatud korra teeb eriliseks asjaolu, et korraga nähti nii gravitatsioonilaineid kui gammapurskeid. „Need olid üllatavalt lähedal meile, enamik gammapurskeid toimuvad palju kaugemal. Tegemist on kas väga suure juhuste kokkulangemisega või on tegu täiesti teist tüüpi nähtusega, mida varasemast ei teata. Seda, mis see olla võib, ei oskagi keegi öelda.“

Gammapurse toimub vähem kui sekundi jooksul. See purse oli energeetilises mõttes oodatust mitu suurusjärku väiksem, miks, seda on raske seletada. Ühe võimaliku selgituse kohaselt tabas kiirgusvoog Maad kerge nurga all. Paralleeli võib tuua seinale suunatud taskulambi kiirega.

Sarnane, kuid siiski erinev

Neutrontähtede ja mustade aukude ühinemisel võib tuua välja kolm suuremat vahet. Tähed on mustadest aukudest suurema läbimõõdu, kuid väiksema massiga. Nii on nende ühinemisele viitava signaali amplituud madalam.

Samas on võimalik pikemalt ette ennustada, kuidas muutub signaal ajas. Mustade aukude ühinemisele viitava signaali kestvus on vaid murdosa sekundist. Neutrontähtede puhul võib ulatuda selle pikkus minutite või isegi tundideni. See võimaldab täpsemalt proovile panna kuulsa füüsiku Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria, mis ennustab gravitatsioonilainete olemasolu.

Teadlaste käsutuses olevate detektorite praeguse tundlikkuse juures on võimalik märgata Maast vaid paarisaja miljoni valgusaasta kaugusel ühinevaid neutrontähti. Seni nähtud mustade aukude ühinemised on leidnud aset kuni kolme miljardi valgusaasta kaugusel.

Viimaks on erinevalt mustadest aukudest mõtet teha signaali registreerimise järel vaatlusi klassikaliste optiliste teleskoopidega. Antud juhul kasutati selleks loetud päevade jooksul pärast sündmuse nägemist nii Hubble'i kosmoseteleskoopi, Chandra röntgenkiirteteleskoopi, Euroopa Lõunaobservatooriumi Väga Suurt Teleskoopi kui ka Atacama kõrbes asuvate raadioteleskoope, rääkimata kümnetest väiksematest teleskoopidest. Vaatlustega kaeti seega elektromagnetkiirguse kõik sagedused.

Eelnevalt on spekuleeritud, et just neutrontähtede ühinemisel vallanduvad universumi kõige energeetilisemad kiirgusvood – lühiajalised gammakiirguse pursked. Ainus võimalus hüpoteesi proovile panemiseks oli aga seostada need gravitatsioonilainete signaaliga.

Mis nüüd füüsikas muutub?

Praeguse avastuse pinnalt saavad füüsikud mõelda välja uusi meetodeid neutrontähtede uurimiseks, samuti tumeaine uurimiseks.

Kindlasti võimaldab see uurida ainet, millest neutrontähed koosnevad ehk neutronainet. Viimase kohta pole siiani kuigi palju teadmisi. „Näiteks ei teata selle aine tihedust, teatakse ainult mingit vahemikku. Aga see mõõtmine suudab teha need mõõtmised oluliselt täpsemaks. Näiteks ütleb see neutrontähtede kohta, kui jäigad need on. Me teame, et neutrontäht ei ole päris vedelik, aga kas ta on väga jäik või on poolvedel,“ selgitas Andi Hektor.

Eesti füüsikute artikkel seob selle protsessi tumeainega

Tumeda universumi tippkeskus sai just täna valmis neutrontähtede ühinemise teemal Eesti esimese artikli. Selle sisuks on tumeaine olemuse kindlaks tegemine nendel ühinemistel.

„Meie jaoks on oluline see, et neutrontähtede ühinemine annab võimaluse otsida uut füüsikat,“ märkis KBFI juhtivteadur Martti Raidal. „Kõik täna avalikustatud teadusartiklid testivad gravitatsiooni, kosmoloogiat ja astrofüüsikat, meie oleme esimesed, kes seovad selle protsessi tumeainega.“ 

„Me üritame uurida nähtust, mille kohaselt on võimalik, et neutrontähed koguvad enda ümber tumeainet,“ kirjeldas Hektor.

Nad pakuvad välja ühe tumeaine uurimise viisi. On teatud tumeainemudelid, mille kohaselt võivad neutrontähed koguda tumeainet kuni kümnendiku jagu oma massist. Kui kaks neutrontähte ühinevad, siis oleks seda gravitatsioonilainetes näha. „Meie ennustame, et seda on näha ning sellist varianti ei ole keegi varem pakkunud. Kui tumeaine on teatud tüüpi, siis ta peab sinna kogunema ja meie arvutasime välja, milline on see efekt gravitatsioonilainetes.“

Neutrontähtede ühinemisel tekib tohutus koguses kulda

Naljatades märgib Martti Raidal, et nüüd on teaduse rahastamise probleemid lahendatud, sest neutrontähtede ühinemisel tekib tohutus koguses kulda. „Vaja see kuld lihtsalt 40mpc kauguselt ära tuua.“ Selgitus kulla tekkimisele leidub sügiseses Horisondi numbris ning järgmises videos:

Mõned füüsikud arvavad, et kui kaks neutrontähte kokku saavad, tekib hästi palju raskeid elemente ehk elemente, mis on rauast raskemad. Tähefüüsikas on see suur probleem, kuna seal tuleb tähtede kokkupõrkel rauast raskemaid elemente hästi vähe. Seetõttu ongi otsitud, kust need raskemad elemendid pärit on. Nüüdne avastus võimaldab teada saada, kui palju tekib neid raskeid elemente neutrontähtede ühinemisel.

Neutrontähtede kokkupõrke tulemusena tekkis hulk raskeid elemente. Autor: ESO

Kuulujutud enne avastust

Kuulujutud uut tüüpi gravitatsiooniallika nägemisest hakkasid internetis levima juba augusti keskpaigas. Nimekas USA astrofüüsik J. Craig Wheeler paiskas veebiruumi säutsu, mille võib vabas vormis tõlkida "Uus LIGO. Allikas optilise paarilisega. Paiskab Sul sokid jalast ära".

Säutsu märkas ajakirja New Scientist toimetaja Mika McKinnon, kelle artikkel pani kihama märkimisväärse osa teadusmeediast. Seepeale avaldas Wheeler veidi hiljem teise säutsu: "Õige või vale. Ma poleks pidanud seda säutsu välja saatma. LIGO-l on õigus sellest teada anda siis, kui nad sobivaks peavad. Mea culpa."

LIGO eestkõneleja David Shoemaker ei kinnitatud toona kuulujutte ega ei lükanud neid ka ümber.

Järgnenud nädalal viitasid kõigile avalikult kättesaadavad andmed, et Fermi kosmoseteleskoop registreeris 17. augustil gammakiiri, mis lähtusid samast taevapiirkonnast, kus asus potentsiaalne gravitatsioonilainete allikas.

Hubble kosmoseteleskoobi tegemistest aimduse andvasse Twitteri automaatvoogu sattus 22. augustil neutrontähtede ühinemisele viitav säuts. See kustutati aga õige pea. Samas taevapiirkonnas asuvat kaks päeva varem lahvatanud allikat SGRB170817A vaatles 19. augustil ka Chandra röntgenkiirte teleskoobiga.


Kuidas gravitatsioonilaineid registreeritakse?
Signaali registreerimiseks kasutatavad mõõteseadmed meenutavad L-tähte, mille harude pikkus on neli kilomeetrit. Gravitatsioonilainete poolt põhjustatud ruumimoonutuste täheldamiseks kasutatakse laserkiirt, mis jagatakse kiirtejagajaga kaheks.

Neist ühe teekond jätkub sirgjooneliselt, teine peegeldatakse aga 90-kraadise nurga all teleskoobi teise harusse. Mõlemad kiired peegelduvad haru lõppu jõudes tagasi. Detektorini jõudes on need täpselt vastasfaasis. Valguslained interfereeruvad ja nõrgendavad teineteist sedavõrd palju, et kaovad täielikult.

Seda juhul, kui kiirte teekonna pikkus polnud teistsugune kui tavaliselt. Interferentsimustrini viivat häiritust võib esile kutsuda nii keskkonnast lähtuv müra kui ka gravitatsioonilained. Esimese saab pea täielikult välistada, kui samast signaali nähakse kerge viivisega mitme interferomeetri poolt. Teisel juhul venitavad gravitatsioonilained ruumi ühes suunas kokku ja teises välja – harude pikkus muutub.

Gravitatsioonikiirguse mõju on imeväike. Piltlikult pressitaks tervet Linnutee galaktikat kokku vaid ühe inimese pikkuse võrra ehk reaalselt peavad füüsikud täheldama prootoni läbimõõdust enam kui 10 000 korda väiksemat muutust.

Ajalooline pressikonverents: 70 teadusasutust üheaegselt avastust avalikustamas

Lisaks Virgole ja LIGO-le pidasid samal ajal pressikonverentsi veel ligi 70 observatooriumit üle kogu maailma, sh Euroopa Lõunaobservatoorium.

Taustainfo gravitatsioonilainetest

Gravitatsioonilained vallanduvad massiga kehade kiirendamisel. Kuna tekkivad aegruumi võbelused on vaid vaevumärgatavad, suudavad inimesed registreerida vaid ülienergeetiliste sündmuste mõjul tekkivat lainetust. Esimest korda andsid teadlased gravitatsioonilainete nägemisest teada möödunud aasta veebruaris. Sellest ajast saadik on märgatud veel kolme mustade aukude ühinemisele viitavat signaali.

Nobeli füüsikapreemia pälvisid sellel aastal just gravitatsioonilainete avastamisele oluliselt kaasa aidanud füüsikud Rainer Weiss, Barry C. Barish ja Kip S. Thorne.



ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: