NASA:n Roman-avaruusteleskoopin odotetaan paljastavan miljoonia piiloisia neutronitähtiä

Linnunradassa arvioidaan olevan kymmeniä tai jopa satoja miljoonia neutronitähtiä. Silti tähän mennessä tiedemaailma on pystynyt tunnistamaan vain muutaman tuhannen niistä. Suurin osa on käytännössä näkymättömiä — ne eivät säteile radioaaltoja eivätkä loista röntgensäteillä, joten tavalliset teleskoopit ohittavat ne täysin.

Nyt NASA:n tuleva Nancy Grace Roman -avaruusteleskoopin odotetaan muuttavan tilanteen. Astronomy and Astrophysics -lehdessä juuri julkaistu tutkimus ehdottaa, että Roman voisi havaita eristäytyneitä neutronitähtiä gravitaatiolinssi-ilmiön avulla. Kyse on siitä, kun raskas taustaton kohde — kuten neutronitähti — kulkee kaukaisen tähden editse ja sen painovoima taivuttaa ja vahvistaa tähden valoa hetkellisesti.

Pelkkä kirkastuminen ei riitä — tarvitaan myös asento

Moni teleskooppi osaa havaita mikrolinssin aiheuttaman lyhyen kirkastumisen. Roman tekee kuitenkin jotain enemmän: se mittaa sekä kirkastumisen että sen, miten taustatähden näennäinen sijainti taivaalla hieman muuttuu. Tätä jälkimmäistä kutsutaan astrometriaksi.

Neutronitähdet ovat raskaita — ne sisältävät enemmän massaa kuin Aurinko, mutta ovat kooltaan vain kaupungin luokkaa. Juuri tämä massa tekee niiden astrometrisesta jäljestä muita kohteita selvemmän. Roman pystyy siis paitsi havaitsemaan piiloisia neutronitähtiä, mahdollisesti myös mittaamaan niiden massan suoraan.

"Mikrolinssin hieno puoli on se, että saat suoria massanmittauksia", sanoo tutkimuksen toinen tekijä Peter McGill Lawrence Livermore National Laboratorystä. "Fotometria kertoo, että jokin kulki tähden editse — mutta vasta tähden sijainninmuutos kertoo, kuinka massiivinen se kohde on. Niin voit kirjaimellisesti punnita jotain täysin näkymätöntä."

Mistä neutronitähdet tulevat ja miksi ne lentävät niin lujaa?

Tutkijat toivovat, että Roman auttaa vastaamaan myös isompiin kysymyksiin. Yksi niistä on se, mitä supernovissa tarkalleen tapahtuu. Kun massiivinen tähti räjähtää, syntyvä neutronitähti voi saada niin kovan potkun, että se sinkoaa läpi galaksin satojen kilometrien sekuntivauhdilla. Miksi näin käy, ei ole vielä kunnolla selvää.

Myös neutronitähtien ja mustien aukkojen massojen välinen suhde kiinnostaa tiedemaailmaa. Onko niiden välillä todellinen aukko vai ei — siitäkään ei olla varmoja.

"Emme tiedä neutronitähtien tai mustien aukkojen massojakaumaa mitenkään varmasti", McGill toteaa. "Roman tulee olemaan läpimurto siinä."

Tällä hetkellä neutronitähtien massoja on pystytty mittaamaan vain kaksoistähti-järjestelmissä, joissa kaksi kohdetta kiertää toisiaan. Eristäytyneitä neutronitähtiä ei ole pystytty punnitsemaan juuri lainkaan.

"Näemme vain pienen otoksen, joka ei edusta kokonaiskuvaa", sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Zofia Kaczmarek Heidelbergin yliopistosta. "Jo yksikin massanmittaus olisi merkittävä. Jos löydämme yhdenkin eristäytyneen neutronitähden, se on jo valtavan kiinnostavaa."

Bonuslöytö teleskoopille, joka suunniteltiin muuhun

On myös hieman ironista, että Roman ei alun perin ollut suunniteltu tähän tarkoitukseen. Teleskoopin pääasiallinen tehtävä on löytää eksoplaneettoja fotometrisen mikrolinssin kautta. Nyt käy ilmi, että sen astrometrinen tarkkuus on niin hyvä, että se sopii myös neutronitähtien ja mustien aukkojen etsimiseen.

"Tämä ei ollut alkuperäinen suunnitelma", McGill myöntää. "Mutta osoittautuu, että Roman soveltuu tosi hyvin neutronitähtien ja mustien aukkojen havaitsemiseen — niin voimme lisätä kokonaan uudenlaisen tieteen Romanin ohjelmaan."

Teleskoopin on tarkoitus toteuttaa laaja Galactic Bulge Time Domain Survey, jossa se seuraa toistuvasti miljoonia tähtiä suurilta taivaan alueilta. Tutkijat uskovat, että jo ensimmäisten kuukausien aikana käyttöönoton jälkeen voidaan alkaa tunnistaa lupaavia tapahtumia.

Jos ennusteet pitävät paikkansa, Roman saattaa toimittaa ensimmäisen laajan kokoelman eristäytyneistä neutronitähdistä, jotka on havaittu pelkästään niiden gravitaatiovaikutuksen perusteella.