Kosmiset ydinräjähdykset tuovat uutta tietoa neutronitähtien rakenteesta (Väitös: FM Joonas Nättilä, 15.12.2017, tähtitiede)
Kuinka suuria ovat neutronitähdet? Uusien astrofysikaalisten mittausten mukaan noin 12 kilometriä säteeltään. Turun yliopistossa väittelevä Joonas Nättilä tutki, kuinka neutronitähtien pinnalla tapahtuvia ydinräjähdyksiä voidaan käyttää apuna erittäin tiheän neutronimaterian tutkimuksessa.
Turun yliopiston tiedote 8.12.2017
Neutronitähdet ovat universumimme tiheimpiä tähtiä. Erittäin tiheän materian tilanyhtälö, eli arkikielessä lähinnä materian kokoonpuristuvuus, on edelleen modernin fysiikan isoja ratkaisemattomia ongelmia. Tuorlan observatoriossa työskennellyt Joonas Nättilä onnistui soveltamaan tähän ydinfysiikan ongelmaan astrofysiikkaa, sillä tällaista erittäin tiheää materiaa löytyy myös neutronitähtien sisältä. Väitöskirjatutkimuksessaan Nättilä 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.
Uudenlaisia kosmisia ydinfysiikan laboratorioita
Neutronitähtien sisuksissa piileksii erittäin tiheää materiaa, joka koostuu pääosin neutroneista. Tästä on peräisin niiden nimikin, neutronitähti. 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 100 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 avaa väitöskirjansa moninaisia vaiheita.
Astrofysiikkaa vai ydinfysiikkaa?
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 Nättilä esittää väitöskirjansa X-ray bursts as a tool to constrain the equation of state of the ultra-dense matter inside neutron stars julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 15.12.2017 kello 12.00 (Turun yliopisto, Publicum, Pub 1 -luentosali, Assistentinkatu 7, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Edward Brown (Michigan State University, Yhdysvallat) ja kustoksena professori Juri Poutanen (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Joonas Nättilä on syntynyt vuonna 1989 ja kirjoitti ylioppilaaksi Tornion Yhteislyseon lukiosta vuonna 2008. Nättilä suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) vuonna 2013 Oulun yliopistossa. Väitöksen alana on tähtitiede. Nättilä työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.
Väittelijän yhteystiedot: p. 045 357 7992, joonas.a.nattila@utu.fi
Väittelijän kuva: https://apps.utu.fi/media/vaittelijat/nattila_joonas.jpg
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7057-5