iPon Cikkek

Csillagporból szemezgetni

Dátum | 2013. 09. 18.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A világűr rendkívül poros hely, ellentétben azonban a lakás sarkaiban és minden szabad felületen makacsul felgyűlő porral, a kozmoszban bőségesen megtalálható anyag rendkívül fontos szerepet tölt be a körülöttünk lévő világban. Az amorf szénből, karbonátokból, illetve szilikátokból álló, a mikrométer töredékénél kisebb szemcsék nélkül egészen másképp nézne ki az univerzum. A világűr pora lényeges szerepet játszik a csillagok keletkezése során, hiszen segít lehűteni a csillaközi gázt, illetve hozzájárul annak gravitációs összeomlásához is. A bonyolultabb anyagok keletkezéséhez szintén elengedhetetlenek a porszemcsék, hiszen a molekulák ezek felületéhez kötődve találkoznak össze és reagálnak egymással. A kozmikus por a bolygók és más égitestek alapvető építőeleme, vagyis ha úgy nézzük, mi magunk is a világűr porának köszönhetjük létezésünket. Akad azonban egy jelentős probléma a kozmikus porral, pontosabban annak eredetével kapcsolatban: nem tudjuk, honnan származik. Nem is olyan régen még azt hitték a kutatók, hogy a kérdés könnyedén megválaszolható. Az életciklusuk végén járó csillagok ugyanis igazi porgyáraknak bizonyulnak. Ha egy Naphoz hasonló csillag élete végére ér, azaz kimeríti a magjában található hidrogénkészleteket, megkezdi a magot körülvevő rétegekben lévő hidrogén égetését. Az energiaforrás így közelebb kerül a felszínhez, ezért a csillag tágulni kezd. Az égitest a folyamat során fényesebb lesz, ugyanakkor sugara gyorsabban növekszik, mint a fényessége, vagyis összességében egy hidegebb és vörösebb színű csillag jön létre, úgynevezett vörös óriás keletkezik. Az égitest eredeti méretének többszörösére duzzad, ha a Nap elér ebbe a fázisba, biztosan túlnő a Merkúr és a Vénusz jelenlegi pályáján, de elképzelhető, hogy a Földet is eléri. Az ilyen csillagok külső légkörében tetemes mennyiségű forró gáz kondenzálódik szilárd porszemcsékké, hasonlóan ahhoz, ahogy a korom lerakódik a kémény falára. A Tejútrendszerben körbenézve az előbb leírt porképződési folyamat nagyjából fedni látszik a valóságot: galaxisunk körülbelül annyi port tartalmaz, amennyi a keletkezése óta eltelt 10 milliárd évben létezett vörös óriások száma alapján várható. A Tejútrendszer azonban nem azonos a világegyetemmel, és amint a csillagászok elkezdtek annak határain túl is vizsgálódni, világossá vált, hogy komoly problémák akadnak, ami a kozmikus por mennyiségét illeti, magyarázza Mikako Matsuura, a University College London kutatója.
A Vela molekuláris felhő egy porral és gázzal teli aktív csillagkeletkezési régió galaxisunk egyik spirálkarjában, 3300 fényévnyire a Földtől
A kritikus pillanat a kilencvenes években jött el, amikor az egyre fejlettebb távcsöveknek köszönhetően egyre távolibb, és ezzel együtt egyre régebbi galaxisok kerültek a vizsgálatok kereszttüzébe. Ezen kutatások során kiderült, hogy a világegyetem keletkezése után mindössze pár százmillió évvel létező galaxisokban is van por. Ez azért jelent óriási problémát, mert a vörösóriás-fázis eléréséhez legalább egymilliárd évre van szükség, tehát ha valóban ezek a felfúvódott csillagok felelősek az univerzum porkészleteiért, a legkorábbi csillagrendszereknek abszolút pormentesnek kellene lenniük. A szakértők viszont ennek szöges ellentétét látták, amikor a távcsőbe pillantottak. A legtipikusabb példa erre a J1148+5251 katalógusjelű galaxis, amely annak ellenére, hogy 900 millió évvel az ősrobbanás utáni állapotában figyelték meg, több mint tízszer annyi port tartalmazott, mint a Tejútrendszer. Minden jel arra utal tehát, hogy a világegyetem régebben még a mainál is sokkal porosabb volt, mondja Lars Mattsson, a Koppenhágai Egyetem asztrofizikusa. Ebből következik, hogy a vörös óriások nem lehetnek a por egyedüli forrásai, hanem valami más, ezeknél jóval hatékonyabb „porgyártó-mechanizmus” is működésben van, vagy legalábbis ezekben az ősi galaxisokban még működött.
J1148+5251
A megfigyelések alapján rögtön feltűnt egy újabb potenciális porforrás: a gyorsan élő, fiatalon szupernóvává alakuló csillagok köre. Ezek az égitestek átesnek egy rövidke vörösóriás-fázisok, mielőtt felrobbannának, és mivel jóval rövidebb az életciklusuk, mint a Naphoz hasonló csillagoknak, bőven lehetett idejük létrejönni és elmúlni is a J1148+5251-hez hasonló galaxisokban. Hozzávéve mindehhez azt a feltevést, miszerint a csillagkeletkezés jóval gyakoribb jelenség volt a korai világegyetemben, mint manapság, logikusnak tűnik, hogy szupernóvából is több akadt, így nagyobb mennyiségben keletkezhetett por is. Ezzel az elmélettel azonban ismét akad egy aprócska probléma: a szupernóva-robbanás ereje elviekben olyan hatalmas, hogy a környező port atomjaira bontja le, így a csillag vörösóriás-fázisában létrejövő szemcsék igen rövid életűek. Matsuura és kollégái a rejtély megfejtése érdekében egy érdekfeszítő és rendkívül friss szupernóva-maradványra irányították a Herschel űrtávcső műszereit: az SN 1987A 26 évvel ezelőtt robbant fel a Nagy Magellán-felhőben. A távcső feltalálása óta ez volt a Földhöz legközelebb eső szupernóva-robbanás, így a csillag maradványa a legtöbbet tanulmányozott égi objektumok egyike. Ha a látható fény egy fotonja összeütközik egy porszemcsével a világűrben, energiája elnyelődik, és kis mértékben növeli a porszem hőmérsékletét. A hő aztán aprócska infravörös felvillanás formájában bocsátódik ki a szemcséből. A 2009-ben felbocsátott Herschel a valaha az űrbe juttatott legnagyobb átmérőjű teleszkóp (tükrének mérete 3,5 méter), így kiválóan alkalmas az ilyen „porjelek” észlelésére.
SN 1987A
Matsuura és munkatársainak vizsgálata meglepő eredményekkel zárult. Az egykori szupernóva körül a Nap tömegének maximum egytizedét kitevő pormennyiségre számítottak a kutatók, de ennek 4−7-szeresét találták meg a maradvány közvetlen környezetében. Ez a portömeg több mint 200 ezer Föld „legyártásához” lenne elég, ha pedig galaktikus méretekre vetítjük ki az eredményt, a vörös óriásokat ki is iktathatjuk a képből, mivel a Tejútrendszerben található por mennyiségére tökéletes magyarázatot jelentenek a szupernóva-robbanások. Látszólag egyszerű tehát a helyzet: a kozmikus por nem a vörös óriásokból, hanem döntően a szupernóvák vörösóriás-fázisából származik. A teljes kép azonban továbbra sem tiszta, a Herschel által megfigyelt maradvány ugyanis szupernóvához képest gyanúsan nagy mennyiségű porral van körülvéve, mondja Mattsson, aki szerint Matsuura csapata tévesen értelmezte az űrtávcső által mért adatok egy részét. A kutató szerint a szupernóva valóban részt vesz a porgyártásban, azonban csak a porhoz szükséges alapanyagokat készíti el: gázmolekulákat gyárt, amelyek azonban nem állnak össze szilárd szemcsékké. Matsuura szerint azonban ha ez lenne a helyzet, az látszana a Herschel felvételein. A szupenóva-robbanások során nagy mennyiségben keletkezik oxigén és szén, amelyek gyorsan összeállnak szén-monoxiddá. A gáz karakterisztikus infravörös sugárzását azonban nem sikerült felfedezni az űrtávcsővel, Matsuura szerint azért nem, mert az anyag azóta már porrá alakult.
Cassiopeia A
A másik gondot az új elmélettel kapcsolatban azt jelenti, hogy amennyiben a keletkező por valóban túléli a robbanást, és nem hullik atomjaira, vajon elég hosszú életűek-e a szemcsék ahhoz, hogy eljussanak a galaxisok közti űrbe. A robbanás lökéshullámai évszázadokig verődnek ide-oda a szupernóva-maradvány környezetében, ilyen körülmények közt pedig még kisebb a szemcsék egyben maradásának esélye. Maga Matsuura is elismeri, hogy a por „túléléséről” egyelőre nagyon keveset tudni. Az 1987-es robbanás még túlságosan friss a porszemcsék további sorsának vizsgálatához, a többi közeli maradvány szemrevételezése azonban nem túl biztató az új elmélet szempontjából. A második legfiatalabb közeli maradvány, a körülbelül háromszáz éves Cassiopeia A jelentősen kevesebb port tartalmaz, látszólag Mattsson feltevését igazolva, azonban az is elképzelhető, hogy egy közbeeső porfelhő nyeli el az infravörös porjelek egy részét. Egyelőre tehát nem lehet biztosat mondani ennek a szupernóva-maradványnak a portartalmáról. Ha viszont az új elmélet sem igaz, komoly gondban lehetnek a tudósok. Hiszen amennyiben a korai galaxisok pora nem keletkezhetett vörös óriásokból, mert ezek még akkoriban nem léteztek, és szupernóvák sem lehetnek ennek forrásai, mert azok lökéshullámai elpusztítják a porszemcsék túlnyomó részét, akkor hogyan lehetséges, hogy mégis jelentős mennyiségű por van ezekben a csillagrendszerekben? Bruce Draine, a Princeton kutatója egy harmadik alternatíva mellett teszi le voksát: a porszemcsék „maguktól” keletkeznek a galaxisok közti relatíve üres térrészekben. Nézete szerint a csillagrendszereken belül nem jöhetnek létre a porszemek, hiszen azokat keresztül-kasul bejárják a különböző szupernóvák lökéshullámai, amelyek a vörös óriások által termelt por nagy részét is atomjaira bontják. A csillagközi tér némileg sűrűbb molekuláris felhői azonban képesek lehetnek tompítani a lökéshullámok erejét, biztonságos környezetet nyújtva a létrejövő porszemeknek. Egy-egy felhő első ilyen szemcséi Draine elmélete szerint szupernóvák vagy vörös óriások szerencsés „túlélői” lehetnek, a többi porszem pedig ezek körül kezd formálódni. A porfelhő idővel aztán olyan sűrű lesz, hogy magába roskadva új csillagokat és bolygókat hoz létre.

Hogy az előzőekben felsorolt elméletek közül melyik írja le legpontosabban a valóságot, azt legegyszerűbben úgy lehetne megállapítani, ha sikerülne mintát venni a porból. Ez annak ellenére sem tűnik lehetetlen feladatnak, hogy a legközelebbi szupernóvák és vörös óriások is jelentősen kívül esnek az emberiség által épített űrjárművek aktuális hatókörén. Ezek a porszemcsék folyamatosan bombázzák a Földet, mondja Anton Kearsley, a londoni Természettudományi Múzeum ásványkutatója. A Tejútrendszer központja körül keringve folyamatosan kisebb-nagyobb porfelhőkön haladunk át, így elviekben csak egy megfelelő eszközre van szükség, hogy néhány szemet befogjunk a „csillagporból”. A küldetés ezen fázisa már le is zajlott, a minták analizálása pedig folyamatban van. A NASA 1999-ben indított missziója során a Stardust űrszonda megkerülte a Napot, és közben két üstökös pornyomán is keresztülhaladt, majd a mintákat 2006-ban visszajuttatta a Földre. A porgyűjtés egy teniszütőhöz hasonló formájú, aerogél egységekkel borított panel segítségével történt, amelynek teljes felülete nagyjából 1000 négyzetcentimétert tett ki. A visszatérés után ezt a felületet kellett mindenre kiterjedő alapossággal megvizsgálni, amihez a nagyközönség segítségét is igénybe vették a kutatók. A Stardust@home nevű projektben eddig több mint 30 ezer önkéntes vett részt, főként a kollektoron látható becsapódásnyomok elemzésében nyújtva segítséget. A szakértők a nyomok alapján úgy ítélték meg, hogy a porszemcsék többsége az üstökösökből, illetve magáról az űreszközről származik, akad azonban néhány olyan is, amely a Naprendszeren kívülről érkezett. A nyomok elemzése után a porszemcsék tényleges kiemelése és analizálása következik. Ez az üstökösminták esetében részben már meg is történt, a távolabbról érkező porszemek vizsgálatára pedig a következő egy években kerülhet sor. A szemcsék izotóp-összetétele aztán elárulhatja, hogy egy szupernóva vagy egy vörös óriás volt az adott porszem forrása, szerkezetük pedig keletkezésük egyéb vonatkozásaira deríthet fényt, például arra, hogy milyen szerepet játszottak a molekuláris felhők kialakulásukban. Ha ez megtörténik, végre valami kézzel fogható információval is rendelkezni fogunk a csillagközi por eredetével kapcsolatban, mondja Kearsley.
A Lófej-köd 1600 fényévnyire, az Orion csillagképben található
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

1. rtagore
2013.09.18. 09:31
Érdekes cikk. Tehát a legvalószínűbb, hogy maguktól keletkeznek az űrben a porszemcsék összetapadás révén.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!