Magyar vonatkozású eredmény: a molekuláris oxigénnek két forrása van a Rosetta üstökösében

1489

A magyar származású, Amerikában élő Luspay-Kuti Adrienn és munkatársai kimutatták, hogy a Rosetta-szonda célüstökösében az oxigén molekulák az üstökösmagon belül honnan származnak. Ez a felfedezés az üstökösök és a Naprendszer kialakulási körülményeit új megvilágításba helyezi.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta-szondája úttörő jelentőségű küldetése során 2014. augusztus 6. és 2016. szeptember 30. között részletesen tanulmányozta a 67P/Churyumov-Gerasimenko üstököst. A program során a Philae leszállóegység 2014. november 12-én leszállt az üstökösmag felszínére, ahol fontos méréseket végzett és minden mért adatot maradéktalanul a Földre továbbított. A Rosetta-programban magyar kutatók és mérnökök is részt vettek, így a Philae energiaellátó és központi adatgyűjtő berendezésének elkészítése és kifogástalan működése tette lehetővé a leszállóegység sikeres üzemelését az üstökösmag zord felszíni körülményei ellenére is.

A 67P-üstökös magja a Rosetta-szonda egyik közeli felvételén, valamint maga a Rosetta a kinyitott napelemtábláival, a művész elképzelése szerint (ESA, Rosetta misszió).

A Rosetta egyik legnagyobb meglepetése az volt, hogy a szonda ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) DFMS (Double Focusing Mass Spectrometer) gázdetektorának méréseiből még 2015-ben a 67P-üstökös kómájában jelentős mennyiségben kimutatták a kétatomos oxigénmolekulát (O2), azonban a molekuláris oxigén eredete akkor még nem volt tisztázott.

A Rosetta-szonda és műszerezettsége, köztük a ROSINA/DFMS gázdetektora (jobbra fent) (ESA, Rosetta misszió).

Hol és milyen formában fordul elő az oxigén az Univerzumban és miért ritka a molekuláris oxigén? A Világegyetemben a hidrogén és hélium után az oxigén a leggyakoribb elem. Az oxigén még a szenet is megelőzi, ugyanis annál kétszer gyakoribb. Az oxigén a kozmoszban előfordulhat atomos formában (O), hidroxil-gyökben (OH), vízben (H2O) és kétatomos oxigénmolekulákat (O2) alkotva. Ezek közül az első három (O, OH, H2O) kimutatható a csillagközi anyagban, de a kétatomos oxigénmolekula ezekhez képest jóval instabilabb, ezért nehéz megfigyelni. Először 2007-ben mutatták ki rádiótartományban a rho Ophiuchi csillagkeletkezési terület molekulafelhőjében. Később a Herschel infravörös űrobszervatórium a távoli infravörös tartományban is kimutatta a kétatomos oxigénmolekulát a rho Ophiuchi molekulafelhőben, majd az Orion-ködben is.

Felmerül a kérdés, hogy honnan kerülhettek kétatomos oxigénmolekulák egy üstökösbe, hiszen azok instabilak, ultraibolya vagy kozmikus részecskesugárzás hatására felbomlanak. Márpedig a Naphoz a vizsgálatok idején éppen közeledő üstökös egyre erősödő ultraibolya-, illetve részecskesugárzásnak volt kitéve, és mégis sok oxigén molekulát mutattak ki a gázkómájában.

Most a magyar származású, Amerikában élő fiatal kutatónő, Luspay-Kuti Adrienn (Johns Hopkins University, Applied Phyiscs Laboratory, JHU/APL) által vezetett, amerikai, francia és norvég kutatókból is álló nemzetközi kutatócsoport újra megvizsgálta a Rosetta ROSINA/DFMS méréseit. Arra a következtetésre jutottak, hogy az üstökösmag belsejében a kétatomos oxigénnek két forrása is van: 1) a vízjég kristályokhoz kötötten a felszín közelében is és mélyen az alatt is; 2) az üstökösmag felszíne alatt őseredeti formában jelen van a molekuláris oxigén, ami a szén-dioxiddal és szén-monoxiddal együtt már nagyon alacsony hőmérsékleten ki tud szabadulni a magból. A vízjég ugyanis mintegy 2,8 CSE-re a Naptól kezd csak kigázosodni (szublimálni) és ekkor a Naphoz közeledve a víz és a molekuláris oxigén kiszabadul a magból. A 67P-üstökös napközelsége után távolodva csak a szén-dioxid és szén-monoxid szabadul ki és akkor a kómában gyakorlatilag a víz jelentősen lecsökken, de ennek ellenére mégis előfordul molekuláris oxigén. A 67P forgástengelyének térbeli iránya meghatározza, hogy melyik féltekéjét süti folyamatosan a Nap a napközelség idején. A déli féltekén volt erős vízjég-kigázosodás ekkor, majd távolodva a Naptól az aktív déli területet már nem érte napfény, és az egyre távolodó üstökösmag északi aktív területeinek a hőmérséklete is lecsökkent. Ezért a 67P a napközelsége után ott csak a szén-dioxid, szén-monoxid és oxigén tudott kiszabadulni a magból. A molekuláris oxigén akkor is jelen lehet a kómában, amikor a víz nincs ott jelen, azaz a molekuláris oxigén jelenléte nem korrelál a vízével.

A 67P-üstökös a Naphoz közeledő pályaszakaszon a vízzel együtt a jégkristályokhoz kötött molekuláris oxigénnel együtt kigázosodik, a víz és a molekuláris oxigén mennyisége korrelál egymással, de a Naptól távolodva a szén-dioxid, szén-monoxid jegek kigázosodása történik, nem pedig a vízjégé. A kép jobb alsó sarkában a 67P-üstökös Naphoz közeledőben domináló aktivitása és az üstökösmag keresztmetszete látható, a bal felső sarokban pedig a Naptól távolodó üstökösmag nem vízjég alapú kigázosodása és a mag keresztmetszete (Luspay-Kuti és munkatársai, JHU/APL NewsStory, 2022.03.10.).

Luspay-Kuti Adrienn és munkatársai arra a fontos következtetésre jutottak, hogy nem csak a víz kigázosodási aktivitásával függ össze a molekuláris oxigén jelenléte (mint azt korábban gondolták), hanem önállóan is jelen van az üstökösmagban, és az üstökösmag kialakulásakor került bele, még a Naprendszer kialakulásának idején. Luspay-Kuti Adrienn arra is felhívta a figyelmet, hogy a kómában megfigyelhető anyagok előfordulása és mennyisége nem feltétlenül tükrözi a magban észlelhető előfordulásukat. Továbbá az oxigén beépülése az üstökösmagba annak kialakulásakor új információt ad a Naprendszer kialakulási viszonyairól, az oxigén, illetve oxigénmolekulák jelenlétéről a Naprendszer ősködében, amit a kialakulási modelleknek figyelembe kell majd venniük. A kutatócsoport tagja, Olivier Mousis pedig kiemelte, hogy a most végzett kutatásuk eredménye nem csupán egy lehetséges magyarázat az üstökös molekuláris oxigéntartalma eredetére, hanem az egyetlen elfogadható magyarázat.

Luspay-Kuti és munkatársai tudományos közleménye a Nature Astronomy folyóiratban jelent meg.

Ezúton is gratulálunk Luspay-Kuti Adriennek és munkatársainak az új tudományos eredményhez!

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Források:

Comet 67P’s Abundant Oxygen More of an Illusion, New Study Suggests (JHU/APL, 2022.03.10.)

Luspay-Kuti, A. és munkatársai, 2022 június. NatAstr. 6, 724-730.

Hozzászólás

hozzászólás