Új eredmények az intergalaktikus anyagról
![Új eredmények az intergalaktikus anyagról](https://www.elte.hu/media/c5/5b/6418dad59e33aa04d481e1f05d55fee335018b1b1783c4da6884fee359b0/perseus-thumb.jpg?v202209270307)
Az univerzumban megfigyelhető nagy skálájú szerkezet kialakulása és az egész világegyetem fejlődése napjaink tudományának legizgalmasabb kérdései közé tartozik, ezért egyáltalán nem meglepő, hogy sokan foglalkoznak az extragalaxisok vizsgálatával, illetve kozmológiai kutatásokkal.
A csillagászati kutatások jellegzetessége, hogy távolról kell begyűjteni az adatokat, információkat a vizsgálandó égitestekről (néhány naprendszerbeli objektum kivételével), hiszen a csillagok és azok rendszerei az ember számára felfoghatatlanul nagy távolságban vannak. Mivel az elektromágneses sugárzás fénysebességgel terjed – azaz egy tetszőleges foton másodpercenként 300 000 kilométert tesz meg – , minél távolabbra tekintünk, annál korábbi állapotában vizsgálhatjuk a kiszemelt kozmikus objektumot. A Nap fénye körülbelül 8 perc alatt jut el a Földig. Saját galaxisunk, a Tejútrendszer, nagyjából százezer fényév átmérőjű, vagyis kb. 100 000 évbe telik, mire az egyik szélétől az átellenes széléig eljut a fény. A csillagok világában azonban a százezer év rövid időnek számít, mivel fejlődésük millió-milliárd éves időskálán zajlik. Az igazi időutazás a galaxisok világában kezdődik. A millió vagy milliárd fényévre levő galaxisokat és halmazaikat vizsgálva a régmúltba tekintünk vissza, egyfajta régészeti tevékenységet végezve.
Az univerzum fejlődéséről tehát úgy alkothatunk képet, hogy egyre távolabbi galaxishalmazokat vizsgálunk, és a különböző távolságban levő objektumok éppen megfigyelhető állapotából lehet következtetni a kozmikus objektumoknak, illetve az egész univerzumnak a fejlődésére.
Ismereteink szerint az univerzum az ősrobbanással vette kezdetét, és az eredetileg kiterjedés nélküli szingularitásból egy igen rövid felfúvódási fázison túljutva folyamatosan tágul. A kezdetben nagyon forró állapotú univerzum a tágulás során fokozatosan hűl, és egy megfelelő pillanatban bekövetkezett az elemi részecskék kialakulása, majd a legegyszerűbb atomok, a hidrogén és a hélium magjai is létrejöttek. Ezután kezdődött meg a csillagok kialakulása. A csillagok belsejében magfúzió során nehezebb elemek is létrejönnek a két legkönnyebb kémiai elemből, és a fúzió során még rengeteg energia is felszabadul.
A csillagok sugárzási energiáját is éppen ez a fúziós energia biztosítja. A csillagok belsejében zajló folyamatok hatására a nehezebb elemek fel is keverednek, és eljutnak a csillag atmoszférájába, majd onnan az ún. csillagszéllel vagy a csillagfejlődés bizonyos fázisában bekövetkező burokledobással a csillagközi anyagba is bekerülhetnek. Az eredetileg hidrogénből és héliumból álló (és némi lítiumot tartalmazó) csillagközi anyag így nehezebb elemekben is feldúsul, főleg a szén, az oxigén és a nitrogén gyakorisága nő. A fúziós reakciók során azonban a csillagok belsejében nem tud tetszőleges elem létrejönni a periódusos rendszer száznál is több ismert eleme közül.
A vas a legnehezebb elem, amelynek magja még energiafelszabadulással kialakulhat, a vasnál nehezebb elemek termeléséhez már energiát kell befektetni. Ezért a vas előfordulási aránya a csillagközi anyagban azt jelzi, hogy milyen ütemű volt a csillagok kialakulása az adott környezetben.
Werner Norbert és a vezetésével az ELTE Fizikai Intézetében működő Lendület Forró Univerzum Kutatócsoport nagy felbontású röntgenspektrumokat és egyéb megfigyelési adatokat használ a galaxisok közötti teret kitöltő gáz (vagy inkább plazma, hiszen nagyon magas hőmérsékletű, több millió fokos anyagról van szó) tulajdonságainak vizsgálatára. Ennek feltárása kulcsszerepet játszik annak megértésében, hogyan válhatott a világegyetem olyanná, amilyennek ma észleljük.
Azonban az intergalaktikus anyag vizsgálata, de még a kimutatása sem egyszerű. A rendkívül magas hőmérséklet miatt a sokszorosan ionizált elemek atomjai a röntgentartományban sugároznak, ezért a Földön kívül működő csillagászati röntgenszondák műszereivel lehet egyáltalán tanulmányozni a ritka közeget. Mivel az intergalaktikus anyag ionizációs egyensúlyban van, és a sugárzás számára átlátszó, a röntgentartományban felvett színkép emissziós vonalainak erőssége közvetlenül jelzi a vonalat kibocsátó elem gyakoriságát.
A Perseus-galaxishalmazt már korábban elemezték a benne levő intergalaktikus anyag elemösszetételének meghatározására. Ennek során azt is vizsgálták, hogy a vas ionjai hogyan oszlanak el a halmaz centrumától való radiális távolság függvényében. A vas előfordulási gyakoriságából ugyanis a csillagkeletkezési ütem időtől való függésére lehet következtetni.
A Perseus-halmazt a japán Suzaku röntgenszonda egyik kulcsprojektjében vizsgálta Werner Norbert kutatócsoportja. A halmaz központjától kifelé nyolc irányban végeztek méréseket a szondán elhelyezett röntgenspektrométerrel.
A műszer több mint egymillió másodpercig gyűjtötte a galaxishalmaz felől érkező röntgensugárzást. Az eredmény meglepő volt: a centrális rész kivételével (ahol a vas ionjainak előfodulási gyakorisága viszonylag nagy volt) a vas ionjainak egyenletes eloszlása tapasztalható sugárirányban kifelé haladva, de azimutálisan is (azaz körbehaladva a halmaz középpontjából húzott sugarak mentén). Maga a vas gyakorisága a Nap esetében mért jelenlegi gyakoriságnak mintegy harmada (pontosabban 31,4%-a).
Ez a vaseloszlás pedig azt a meglepő tényt sugallja, hogy a vasatomokban való feldúsulás nagyon régen következett be, akkor, amikor maga a galaxishalmaz még ki sem alakult, csak egyedi csillagok voltak nagyon nagy számban, és az azok életútja végén bekövetkezett szupernóvarobbanások „szennyezték be” a tartományt vassal. A Perseus-galaxishalmaz nagyjából 10 milliárd éves, tehát a benne levő intergalaktikus anyag viselkedése tízmilliárd évnél régebbi állapotról nyújt hasznos és érdekes információt.
Az európai és amerikai csillagászokból álló kutatócsoport – köztük Werner Norbert – arra kérdésre keresték a választ, hogy mennyire egyediek a Perseus-halmazban uralkodó viszonyok. A Suzaku szonda méréseinek archívumából tíz másik galaxishalmazra vonatkozó adatokat gyűjtöttek ki, és a halmazok közös jellemzőjeként azt találták, hogy viszonylag közeliek, hiszen a távolabbi halmazok esetében használhatatlanul alacsony a műszerbe érkező röntgenfluxus, és a kiválogatás során arra törekedtek, hogy a mintában kis, közepes és nagy össztömegű galaxishalmazok is legyenek. A munka során elemzett adatokat 2005 és 2014 között mérte a Suzaku röntgenspektrométere, egy-egy halmazra fél óra és egy nap közötti ideig gyűjtve a jeleket. A jellemző „expozíciós idő” három óra volt. Az a tartomány, amelyet az egyes galaxishalmazok belsejében vizsgáltak, jellemzően ötmillió fényév átmérőjű.
A munka végeredményeként az derült ki, hogy a Perseus-galaxishalmaz területére kapott homogén vaseloszlás nem egyedi kivétel, hanem ez az általános viselkedés a galaxishalmazok esetében.
A vasban (és más fémekben) viszonylag gazdag centrális térségen kívül a vasionok gyakorisága állandó, ráadásul nagyjából azonos valamennyi galaxishalmazra, függetlenül annak tömegétől. Ugyancsak nem tapasztalható összefüggés a vas gyakorisága és az intergalaktikus anyagra jellemző hőmérséklet között.
Ez az eredmény megerősíti és általánossá teszi annak a korábbi felismerésnek az érvényességét, amely szerint a vas feldúsulása az intergalaktikus közegben több mint tízmilliárd évvel ezelőtt következett be, amikor maguk a galaxishalmazok még ki sem alakultak, de csillagok már léteztek, méghozzá igen nagy számban, és nagyon nagy lehetett a csillagkeletkezés üteme.
A kutatások eredményeit részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban jelenik meg a közeljövőben.
Forrás: mta.hu