A Naprendszer határán végzett mérések szerint sokkal több a hidrogén a csillagközi térben, mint hittük

8387

Csak a két Voyager űrszonda jutott el idáig, és nekik is több mint 30 évbe tellett. Messze a Plutón és a Kuiper-övön túl húzódik a Nap mágneses védőburkának, a helioszférának a határa, a csillagközi tér pereme.

Ezen a csillagászati senki földjén a galaxisunk 100 milliárd csillagából áramló részecskék és sugárzás keveredik az ősrobbanás régi maradványaival. A csillagok közötti térnek ezt a keverékét nevezik intersztelláris közegnek. Összetevői Naprendszerünk távoli múltját őrzik, és talán mesélnek a jövőjéről is.

A NASA New Horizons űrszondájának mérései felülírják az intersztelláris közeg egyik fő jellegzetességével, a sűrűségével kapcsolatos becsléseinket. Az Astrophysical Journal című szaklapban október végén közzétett szakcikk szerint az új megfigyelések arról árulkodnak, hogy a helyi intersztelláris közeg nagyjából 40%-al több hidrogénatomot tartalmaz, mint korábban hittük. Az eredmények magyarázatot adnak az egyébként egymástól eltérő mérési adatokra, és új megvilágításba helyezik űrbéli környezetünket.

Átvágni a csillagközi ködön

Ahogy a Föld kering a Nap körül, úgy vágja át magát az egész Naprendszer a Tejútrendszeren nagyjából 80 ezer kilométeres óránkénti sebességgel. A csillagközi részecskék ködén áthaladva a Napunk által gerjesztett mágneses buborék, a helioszféra véd meg bennünket. Sokféle gáz hatol át a buborékon, de nem mindegyik.

A helioszféra taszítja a töltött részecskéket, amelyeket a mágneses terek irányítanak. A helyi intersztelláris gázoknak azonban több mint a fele semleges részecskéből áll, vagyis egyenlő számú protonnal és elektronnal rendelkeznek. Ahogy közéjük szántunk, a semleges részecskék átszivárognak a buborékon, és találkoznak a napszéllel.

„Mintha sűrű ködben futnánk, és ettől vizesek lennénk.” – mondta Eric Christian (NASA Goddard Űrközpont). „Futás közben teljesen átázna a ruhánk, és ez lelassítana bennünket.”

Animáció a helioszféráról (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Walt Feimer)

Nem sokkal azután, hogy a csillagközi atomok beszivárognak a helioszféránkba, összetalálkoznak a napszél részecskéivel. Az ütközés során sok elveszíti az elektronjait, és pozitív töltésű, úgynevezett felkapott ionokká (pickup ions) válnak. A részecskék ezen új populációja magában hordozza a külső világ titkait.

„Az intersztelláris atomokat közvetlenül nem vizsgálhatjuk a New Horizons űrszondával, de a felkapott ionokat megfigyelhetjük.” – mondta Pawel Swaczyna (Princeton University), a tanulmány vezető szerzője. „Elvesztették egy elektronjukat, de tudjuk, hogy semleges atomokként érkeztek hozzánk a helioszférán kívülről.”

A NASA 2006 januárjában felbocsátott New Horizons űrszondája az egyik legjobb lehetőségünk a vizsgálatukra. Már öt éve annak, hogy megközelítve a Plutót első alkalommal készített közeli felvételeket a törpebolygóról, és most merészkedik át a Kupier-övön Naprendszerünk széle felé, ahol a frissen ionizált felkapott ionok vannak. Az űrszonda napszéldetektora, a SWAP műszer képes a felkapott ionokat nagyobb energiájuk alapján megkülönböztetni az átlagos napszél-részecskéktől.

Javított színes felvétel a Plutóról, amelyet a NASA New Horizons űrszondája készített, amikor 450 ezer kilométerre közelítette meg az égitestet. (Forrás: NASA/JHUAPL/SwRI)

Abból, hogy mennyi felkapott iont érzékel az űrszonda, megtudhatjuk, hogy milyen sűrű a köd, amelyen áthaladunk. Ahogy a futó ruhája vizes lesz a sűrű ködben: minél több felkapott iont érzékel az űrszonda, annál sűrűbbnek kell lennie odakint az intersztelláris ködnek.

Eltérő mérések

Swaczyna az űrszonda SWAP műszerének mérései alapján kiszámította a semleges hidrogén sűrűségét a terminációs lökéshullámnál (termination shock), azon a területen, ahol a napszél beleütközik az intersztelláris közegbe, és hirtelen lelassul. A kutatók több hónapnyi megfigyelés során 0,127 részecskét találtak köbcentiméterenként, vagyis nagyjából 120 hidrogénatomot egy tejes doboz nagyságú térben.

Ez az eredmény megerősít egy 2001-es tanulmányt, amely a nagyjából 6 milliárd kilométerre lévő Voyager-2 űrszonda adatainak segítségével állapította meg, hogy mennyire lassult le a napszél, amely elérte az űrszondát. A főként az intersztelláris közeg részecskéi miatt bekövetkező lassulásból kiszámított sűrűség megfelel annak, amit a csillagközi hidrogénsűrűségre megállapítottak, vagyis 120 hidrogénatomnak egy egyliteres térben.

Az újabb tanulmányok azonban másra jutottak. A NASA Ulysses küldetésének adatait felhasználó kutatók a Jupiternél kicsit közelebb járó űrszonda mérései alapján úgy becsülték, hogy körülbelül 85 hidrogénatom van egy köbdeciméterben. Néhány évvel később egy, az Ulysses és a Voyager adatait felhasználó kutatás hasonló eredményre jutott.

„Ha rájössz, hogy mást találtál, mint amire a korábbi munkák jutottak, akkor az a természetes, hogy nekiállsz megkeresni a hibáidat.” – mondta Swaczyna.

Egy kis nyomozás után valóban úgy tűnt, hogy egy másik szám a helytálló. A New Horizons adatai jobban illettek a távoli csillagok alapján végzett megfigyelésekhez. Az Ulysses méréseiben volt egy hiányosság: a Naphoz sokkal közelebb végezték őket, ahol a felkapott ionok ritkábban fordulnak elő, így az adatok sokkal bizonytalanabbak.

„A belső helioszféra felkapott ionjai több milliárd kilométernyi szűrőn mennek át.” – mondta Christian. „Az, hogy a New Horizons sokkal távolabb van, fontos különbség.”

Swaczyna rájött, hogy az Ulysses és a Voyager adatain alapuló számításban használt egyik adat elavult, 35%-al kisebb, mint a jelenleg elfogadott érték. A megfelelő értékkel számolva a kutatók hozzávetőleges egyezést kaptak a New Horizons és a 2001-es vizsgálat adataival.

„A régi, majdnem elfeledett eredmények megerősítése meglepetés volt.” – mondta Aris Posner (NASA), a 2001-es tanulmány szerzője. „Úgy gondoltuk, hogy a napszél lassulásának mérésére szolgáló, meglehetősen egyszerű módszerünket az azóta végzett bonyolultabb kutatások felülírják, de nem így lett.”

A dolgok új állása

Az, hogy 85 vagy 120 hidrogénatom jut egy köbdeciméterre, nem tűnik nagy különbségnek. Egy olyan tudományág esetében azonban, mint a heliofizika, egyetlen szám megváltoztatása minden másra hatással van.

Az új adat segíthet az elmúlt évek egyik legnagyobb napfizikai rejtélyét megoldani. Nem sokkal azután, hogy a NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer) űrszondája visszaküldte az első teljes adatsort, a kutatók észrevették, hogy a helioszféra elülső részén nagy energiájú részecskék sávja húzódik végig, amit IBEX szalagnak neveztek el.

„Az IBEX szalag nagy meglepetés volt – Naprendszerünk szélén egy másfél milliárd kilométer széles, és 16 milliárd kilométer hosszú struktúra található, amelyről eddig nem tudtunk.” – mondta Christian. „Amikor modelleket alkottunk arra, hogy miért lehet ott, mindegyik számításban arra jutottunk, hogy nem kéne olyan fényes legyen, mint amilyen.”

A szalag az IBEX egyik legnagyobb felfedezése. A semleges részecskék erőteljes árama a helioszféra elülső részén fut végig. (Forrás: NASA/IBEX)

„A vizsgálat során megállapított 40%-al magasabb intersztelláris sűrűség nagyon nagy eredmény.” – mondta David McComas (Princeton University), a NASA IBEX küldetésének kutatásvezetője, a tanulmány társszerzője. „Nemcsak azt mutatja, hogy a Nap sokkal sűrűbb intersztelláris közegben mozog, de magyarázatot adhat arra is, miért mutat a modellünk jelentős eltérést az IBEX megfigyeléseihez képest.”

A legnagyobb eredmény az, hogy jobb képet kapunk csillagközi környezetünkről.

„Most először vannak olyan műszereink, amelyekkel a felkapott ionokat ekkora távolságból vizsgálhatjuk. A helyi intersztelláris közegről alkotott képünk egyezik azzal, amit más csillagászati megfigyelések során találtak.” – mondta Swaczyna. „Ez nagyon jó jel.”

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás