Pulsari

Pulsarit ovat nopeasti pyöriviä neutronitähtiä, jotka lähettävät navoiltaan voimakasta sähkömagneettista säteilyä. 

© Shutterstock

Pulsari on universumin vauhtihirmu

Pulsari lähettää voimakasta sähkömagneettista säteilyä, kun se kieppuu oman akselinsa ympäri huimaa vauhtia. Tutustu pulsariin, yhteen kaikkeuden nopeimmista kappaleista.

perjantai 26. lokakuuta 2018 teksti Henrik Bendix ja Malene Breusch Hansen

Mikä on pulsari?

Pulsari on nopeasti pyörivä neutronitähti, jolla on voimakas magneettikenttä. 

Tähti lähettää sähkömagneettista säteilyä. Se havaitaan Maassa aaltoina, jotka sykkivät samassa tahdissa kuin tähti pyörii itsensä ympäri. 

Ja pyöriminen sujuukin äärimmäisen nopeasti: 

  • Nopeimmin pyörivä tunnettu neutronitähti kiepahtaa 716 kertaa sekunnissa itsensä ympäri.  
  • Mainitun tähden pyörimisnopeus on 259 miljoonaa km/h eli 24 prosenttia valon nopeudesta tähden päiväntasaajalla.
  • Pyöriminen voi olla hitaampaakin: Purjeen tähdistön pulsari noin tuhannen valovuoden päässä Maasta pyörähtää vain 11,2 kertaa sekunnissa. 
  • Purjeen pulsarinkin pyörimisnopeus on silti 2,45 miljoonaa km/h tähden päiväntasaajalla. 
  • Nopeus on Maahan verrattuna 1 460-kertainen, sillä Maa pyörii päiväntasaajansa kohdalla 1 669 km/h.
  • Ja Purjeen pulsari on 330 kertaa niin nopea kuin Aurinko, jonka vauhti päiväntasaajalla on 7 280 km/h.

Mikä on neutronitähti?

Neutronitähti muodostuu loppuun palaneen ja supernovana räjähtäneen suuren tähden jäännöksistä. Räjähdyksessä tähden sisus luhistuu kasaan pieneksi ja käsittämättömän tiheäksi kappaleeksi, joka koostuu pääasiassa neutroneista – siitä nimi. 

Purjeen tähdistön pulsari

Purjeen tähdistön pulsari on noin tuhannen valovuoden päässä Maasta. Se sijaitsee noin 11 000 vuotta sitten räjähtäneen supernovan jäännösten keskellä. 

© Uni of Toronto/NASA

Neutronitähden aine ei käyttäydy samalla tavoin kuin ne atomit, joista ihmiset ja kaikki meitä ympäröivä koostuu.  

Tuntemamme tavallinen aine koostuu atomeista, jotka puolestaan koostuvat atomiytimistä, joissa on protoneja ja neutroneja ja niiden ympärillä elektronipilvi. 

Tähden ainetta voidaan hieman yksinkertaistetusti kuvata valtaviksi neutronien atomiytimiksi. 

Tähden aine on äärimmäisen tiheätä: pulsarien läpimitta on noin 20 kilometriä, mutta ne painavat silti noin puolitoista kertaa niin paljon kuin Aurinko, jonka läpimitta taas on 69 500 kertaa niin suuri kuin pulsarin.  

Sokeripalan kokoinen osa neutronitähteä painaa siis yhtä paljon kuin Mount Everest.

Niin tiheää ainetta ei ole Maassa lainkaan. Tutkijat eivät pysty edes valmistamaan sellaista laboratoriossa. 

Miksi pulsari lähettää sähkömagneettista säteilyä?

Pulsarien säteily syntyy niiden magneettikentästä, joka on voimakkaimmillaan magneettisten napojen kohdalla. Siellä hiukkaset, kuten elektronit ja protonit, kiihtyvät lähes valon nopeuteen.

Kiihdyttäessään vauhtiaan hiukkaset lähettävät sähkömagneettista säteilyä eri aallonpituuksilla: gamma- ja röntgensäteilystä näkyvään valoon ja radioaaltoihin.

Pulsarit ovat kuin kosmisia majakoita, jotka lähettävät koko ajan säteilyä avaruuteen. Maasta katsottuna niiden säteily näyttää tulevan säännöllisessä rytmissä.

Ilmiö johtuu siitä, että tähden magneettiset navat, joista säteilysuihkut lähtevät, eivät ole samassa kohdassa kuin pyörimisakselin navat. 

Siksi Maahan suuntautuva säteily näyttää majakan pyörivältä valolta. Samoin kuin valokiila osuu laivaan säännöllisin väliajoin, säteet osuvat Maahan samassa tahdissa kuin pulsari pyörii ja säteily katkeaa aina välillä hetkeksi.

Miten ensimmäinen pulsari löydettiin?

Ensimmäisen pulsarin löysi brittiläinen tähtitieteilijä Jocelyn Bell vuonna 1967. Hän havaitsi radioteleskoopilla radiosignaaleja, jotka toistuivat täysin säännöllisin välein. 

Aluksi Bell ei tiennyt, mistä radiosignaalit tulivat. Signaalit saivat nimen LGM-1, joka tarkoitti ”little green men” eli pienet vihreät miehet. Niillä viitattiin avaruusolentoihin. Jotkut tutkijat nimittäin pitivät mahdollisena, että signaalit olivat lähtöisin kaukaisen planeetan sivilisaatiosta. 

Kun tähtitieteilijät löysivät radiosignaalien oikean lähteen, pyörivät neutronitähdet saivat nimen pulsari niiden "pulssista" eli säteilysykäyksistä. 

Sittemmin avaruudesta on paikannettu yli 2 500 pulsaria.

Miksi pulsari saa hikan?

Kaikkien pulsarien pyörimisnopeus vähenee erittäin hitaasti sitä mukaa kuin ne menettävät energiaansa säteilyn muodossa. 

5–6 prosenttia pulsareista kuitenkin kiihdyttää vähän pyörimisvauhtiaan epäsäännöllisin väliajoin. Niillä on eräänlainen ”kosminen hikka”.

Astrofyysikot eivät tiedä, miten neutronitähden hikka syntyy, mutta yhden teorian mukaan selitys löytyy pulsarin ytimen ja kuoren välisistä suhteista. 

Neutronitähtien sisus on niin sanottua supranestettä, jossa neutronit liikkuvat toistensa lomassa kokonaan ilman sisäistä kitkaa. Tähden kuori taas koostuu ”normaalimmasta” aineesta, jossa on muun muassa tavallisia atomiytimiä.

Kun pulsarin pyöriminen vähitellen hidastuu, sisuksen supraneste kieppuu yhtä nopeasti kuin ennenkin. Pulsaria voi verrata vedellä täytettyyn palloon: kun pallon pyöriminen loppuu, vesi pallon sisällä pysyy yhä liikkeessä.

Teorian mukaan hikka syntyy, kun sisus ja kuori lopulta pyörivät liian pahasti eri tahdissa ja sisus pakottaa kuoren pyörimään omaan tahtiinsa.

Vielä ei tiedetä varmasti, millainen reaktio kuoren ja sisuksen välillä tapahtuu – mutta ehkä uudet tiedot Purjeen tähdistön pulsarin oudosta käyttäytymisestä paljastavat sen. 

Haluatko tietää lisää pulsareista?

Lue lisää Purjeen tähdistön pulsarista ja tähtitieteilijöiden pyrkimyksistä ratkaista pulsarien arvoituksia Tieteen Kuvalehdestä numero 17/2018.   

Voit myös itse tehdä löytöretkiä universumiin. Juuri nyt saat harrastaja-astronomin täydellisen aloituspakkauksen. Saat:

  • Tehokkaan kiikarin, jolla voit tiirailla Aurinkokuntaa.
  • Tähtitaivaan oppaan vuodelle 2018, joka opastaa, mitä milloinkin kannattaa tarkkailla.
  • Kiehtova Kuu –digiliitteen, joka keskittyy Maan kiertolaiseen.
  • Kaksi Tieteen Kuvalehteä, jotka kertovat lisää universumin tapahtumista.

TARTU TARJOUKSEEN TÄSTÄ

Ehkä sinua kiinnostaa...

Ehkä tämä kiinnostaa sinua ...