Meglepetésre nehézfémgőzöket találtak sok üstökösben a Naprendszerben – és még azon is túl

2542

Az ESO VLT távcsőegyüttesével gyűjtött adatokat felhasználva egy belga csillagászcsoport kimutatta, hogy vas és nikkel található a Naprendszer üstököseinek légkörében, még azokéban is, amelyek a Naptól távol járnak. Egy lengyel kutatópáros által elvégzett másik, szintén ESO-adatokra támaszkodó vizsgálat eredménye szerint pedig a nikkel gőze a 2I/Borisov jeges csillagközi üstökösben is jelen van.

„Hatalmas meglepetés volt, hogy az elmúlt két évtizedben általunk észlelt összes, mintegy 20 üstökös légkörében vas- és nikkelatomokat detektáltunk, még a Naptól távoli, hideg űrt járókéban is” – kezdi Jean Manfroid (Université de Liège, Belgium), a Naprendszer üstököseivel foglalkozó kutatás vezetője, amelynek eredményeit bemutató tanulmány a Nature magazinban jelent meg.

A csillagászok már régóta tudják, hogy az üstökösök poros kőzetmagjában nehézfémek is jelen vannak. Mivel azonban alacsony hőmérsékleten a szilárd halmazállapotú fémek általában nem szublimálnak (azaz mennek át közvetlenül gázfázisba), senki sem várta, hogy a Naptól távoli hideg üstökösök légkörében is megjelenjenek. Ennek ellenére most még a Naptól 480 millió kilométernél (ez a Nap–Föld-távolság háromszorosa) messzebb járó üstökösökben is sikerült kimutatni a nikkel és a vas gőzét.

A belga csapat azt találta, hogy az üstökösök légkörében a vas és a nikkel nagyjából ugyanakkora mennyiségben van jelen. A Naprendszerben anyagában, például magában a Napban vagy a meteoritokban az arány kb. tízszeres a vas javára. Az új eredmény tehát mindenképpen jelez valamit a csillagászok számára a fiatal Naprendszerről, de a csoportnak még rá kell jönnie, hogy mi is ez.

A kép a vas (Fe) és a nikkel (Ni) nehézfémeknek az üstökös ködös légkörében történt detektálását illusztrálja: a C/2016 R2 (PANSTARRS) üstökös színképét (bal oldalon fent) helyezték az üstökös valódi képére, amelyet az ESO SPECULOOS teleszkópjával rögzítettek az ESO Paranal Obszervatóriumában. A spektrumban minden fehér csúcs különböző elemet jelent, közülük a vasat és a nikkelt külön is megjelölték kékkel, illetve narancssárgával. Ilyen színképeket például az ESO VLT UVES műszerével rögzíthetünk: ez a nagy felbontású spektrográf annyira széthúzza a színképet, hogy abban az egyedi vonalak könnyen azonosíthatók. Ráadásul az UVES még az ultraibolyában, egészen 300 nm-ig is érzékeny. A legfontosabb vas- és nikkelvonalak a 350 nm-es hullámhossz környékén vannak, így az UVES ezen tulajdonsága kulcsfontosságú szerepet játszott a felfedezésben.
(Forrás: ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.)

„Az üstökösök 4,6 milliárd évvel ezelőtt jöttek létre, még a nagyon fiatal Naprendszerben, és azóta nem is változtak. Ebben az értelemben egyfajta kövületek a csillagászok számára” – teszi hozzá a cikk egyik társszerzője, Emmanuel Jehin (Université de Liège).

Bár a belga kutatócsoport már közel húsz éve tanulmányozza ezeket a „fosszíliákat” az ESO VLT távcsőegyüttesével, idáig nem bukkantak a nikkel és a vas nyomára az üstökösök légkörében. „Ez a felfedezés hosszú évekig a radarszint alatt húzódott meg” – von érzékletes párhuzamot Jehin.

A csapat az ESO VLT UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) műszerének spektroszkópiai adatait használta, hogy elemezze a Naptól különböző távolságokban járó üstökösök légkörét. Ez a technika lehetővé teszi a kozmikus objektumok kémiai összetételének felderítését: mindegyik kémiai elem egyedi nyomokat – vonalak serege – hagy az objektumokról hozzánk érkező fény színképében.

A belga csapat gyenge, elsőre azonosítatlan színképvonalakat detektált az UVES-adatokban, amelyek alaposabb vizsgálata aztán kiderítette, hogy azok vas- és nikkelatomok jelenlétére utaló jelzések. A nehéz elemek azonosítása azért bonyolult, mert csak rendkívül kis mennyiségben vannak jelen: a csoport becslése alapján a vizsgált üstökösök légkörében minden 100 kg vízre 1 g vas és kb. hasonló tömegű nikkel jut.

„A vas mennyisége a nikkelének általában tízszerese, ezeknek az üstökösöknek a légkörében azonban mindkét elemből nagyjából ugyanannyit találtunk. Arra a következtetésre jutottunk, hogy az üstökösök magjának felszínén található különleges anyagfajtából származhatnak, amely alacsony hőmérsékleten is képes szublimációra, és közben nagyjából ugyanannyi vasat és nikkelt bocsát ki” – magyarázza a belga csoport egy másik tagja, Damien Hutsemékers (Université de Liège).

A kép a Naprendszer legkülső tartományaiból származó C/2016 R2 (PANSTARRS) üstököst mutatja. Mint azt neve is jelzi, az üstököst 2016-ban fedezték fel a hawaii Pan-STARRS teleszkóppal. Az új felvétel Chilében az ESO Paranal Obszervatóriumban készült a „the Search for habitable Planets Eclipsing Ultra-cOOl Stars”, röviden SPECULOOS projekt keretében. Az üstökösök porból, jégből, gázokból és kőzetekből álló „golyók”. Amikor a Nap közelébe érnek, a bennük található jég a „kigázosodásnak” nevezett folyamat során felmelegszik és gázzá szublimál,  majd elszökik. A folyamat eredményeként az üstökös magja körül ködös burok, ún. kóma, ezen kívül pedig jellegzetes csóvák képződnek. A SPECULOOS megfigyelései azt mutatják, hogy a C/2016 R2 (PANSTARRS) üstökös csóvája már egyetlen éjszaka alatt drámai változáson ment keresztül, lehetővé téve a dinamizmust jól érzékeltető képsorozat rögzítését. Az itt látható kép 2018. január 18-án, a SPECULOOS Callisto teleszkópjának tesztüzeme alatt készült, amikor az üstökös a Naptól 2,85 CSE-re (1 CSE a Nap és a Föld átlagos távolsága) járt, és befelé mozgott. Az üstökös különösen érdekes a kutatók által a kómájában azonosított ritka összetevők és molekulák, a szén-monoxid és a nitrogénionok miatt. Ezek kék tartományba eső jellegzetes emissziós vonalai miatt kapta az objektum a „kék üstökös” becenevet. A szerény üstökös húszezer évenként csak egyszer kerüli meg a Napot, legutóbb 2018 májusában járt napközelben. A kép rögzítése közben a távcső az üstökös pályáját követve mozgott: a távoli háttércsillagok képei fényes sávokká húzódtak, de az üstökös és gázokból álló kómája végig fókuszban volt, igazolva a SPECULOOS kivételes követési képességét. (Forrás:ESO/SPECULOOS Team/E. Jehin)

A csapat ugyan most még nem tudja, hogy miféle anyag lehet ez, de a csillagászati technika fejlődése – például az ESO már épülő Rendkívül Nagy Távcsövének (ELTMETIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) műszere – lehetővé teszi majd, hogy a kutatók meghatározzák az üstökösök légkörében detektált vas- és nikkelatomok forrását is.

A belga csoport reméli, hogy tanulmányuk új utakat jelöl ki a jövő kutatásaiban. „A szakemberek most más távcsövek archívumait is át fogják nézni ugyanezen vonalakat keresve” – mondja Jehin. „Úgy véljük, ez szintén újabb kutatásokat fog ösztönözni a területen.”

Csillagközi nehézfémek

Egy másik figyelemre méltó, szintén a Nature-ben megjelentetett kutatási eredmény szerint ezek a nehézfémek a 2I/Borisov csillagközi üstökös légkörében is jelen vannak. A Naprendszerben elsőként detektált idegen üstököst egy lengyel kutatópáros vizsgálta az ESO VLT X-shooter spektrográfjával, amikor az mintegy másfél évvel ezelőtt átszáguldott a Naprendszeren. Az találták, hogy a 2I/Borisov hideg légköre is tartalmaz gáznemű nikkelt.

A kép a nikkel (Ni) detektálását illusztrálja a 2I/Borisov csillagközi üstökös ködös légkörében: az üstökös színképét (jobb oldalon lent) helyezték az üstökös valódi képére, amelyet az ESO VLT távcsőegyüttesével rögzítettek 2019 végén. A nikkel színképvonalait narancssárga szín jelzi. A színképet az ESO VLT UT2 (Kueyen) egységén működő X-shooter műszerrel vették fel, amely a beérkező fényt (a színeknek megfelelő) hullámhosszak szerinti összetevőire bontja. Az X-shooter egy lépésben képes a közeli infravöröstől az ultraibolya tartományig lefedni a spektrumot, így ma az egyik legsokoldalúbban használható optikai műszer.
(Forrás: ESO/L. Calçada/O. Hainaut, P. Guzik and M. Drahus)

„Eleinte nehezen hittük el, hogy a Napot csak nagy távolságra megközelítő 2I/Borisov üstökösben tényleg jelen lehetett atomos állapotú nikkel. Számos tesztet és ellenőrzést hajtottunk végre, hogy saját magunkat is meggyőzzük erről” – mondja a cikk egyik szerzője, Piotr Guzik (Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Lengyelország). Az eredmény meglepő, mivel a ma publikált két tanulmányt megelőzően nehézfématomokat tartalmazó gázt csak magas hőmérsékletű környezetekben figyeltek meg, például ultraforró exobolygók légkörében és a Naphoz túl közel kerülő, ezért ott elpárolgó üstökösök maradványában. A 2I/Borisov üstököst akkor észlelték, amikor az 300 millió kilométerre, azaz kétszeres Nap–Föld-távolságra járt csillagunktól.

A képet az ESO VLT távcsőegyüttesének FORS2 műszerével rögzítették 2019 végén, amikor a 2I/Borisov a Nap közelében járt. Mivel az üstökös nyaktörő, 175 000 km/h sebességgel száguldott, a háttércsillagok képe csíkká húzódott, miközben a távcső az üstökös pályáját követte. A csíkok diszkóhangulatot idéző színei annak következményei, hogy a kép különböző hullámhosszakra hangolt szűrőkön keresztül rögzített felvételekből összeállított montázs, a színek pedig a hullámhosszakat kódolják.
(Forrás:ESO/O. Hainaut)

A csillagközi objektumok részletes vizsgálata alapvető fontosságú, hiszen a tudomány számára felbecsülhetetlen értékű információval szolgálhatnak azokról az idegen bolygórendszerekről, amelyekből kiszakadtak. „Hirtelen megértettük, hogy a nikkel a Galaxis más régióiban is jelen van gáz halmazállapotban az üstökösök légkörében” – teszi hozzá, Michał Drahus, aki szintén a krakkói Jagelló Egyetem munkatársa.

A lengyel és a belga tanulmányok azt jelzik, hogy a 2I/Borisov és a Naprendszer üstökösei még annál is jobban hasonlítanak egymásra, mint ahogyan azt eddig gondoltuk. „Képzeljük el, hogy a naprendszerbeli üstököseinknek más bolygórendszerekben egy az egyben megvannak a megfelelőik! Nagyon menő, ugye?” – vonja le a végső következtetést Drahus.

Forrás: eso2108hu ‒ Tudományos közlemények

Hozzászólás

hozzászólás