Hét elképesztő felfedezés a röntgencsillagászat 20 évéből

3823

Idén lesz 20 éves a Chandra és az XMM-Newton röntgencsillagászati műhold. Ez alkalomból felidézzük hét elképesztő felfedezésüket.

Két mérföldkőnek számító küldetés ünnepli 2019-ben a huszadik évfordulóját: a NASA Chandra röntgenobszervatóriuma, amelyet 1999. július 23-án bocsátottak fel, valamint a néhány hónappal később, 1999. december 10-én útnak indított XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror mission), az Európai Űrügynökség űrtávcsöve. A két eszköz forradalmasította és a csillagászat többi ága mellé, az élvonalba emelte a röntgencsillagászatot. Álljon itt most egy kis ízelítő a két műszer számos, lenyűgöző felfedezéséből.

Egy szupernóva anatómiája

A Cassiopeia A szupernóva-maradvány a Chandra felvételén. A különböző elemek különböző energiájú röntgensugárzást bocsátanak ki, így a csillagászok meghatározhatják a fiatal szupernóva-maradvány összetételét. (Forrás: NASA / CXC / MIT / UMass Amherst / M.D.Stage et al.)

A kutatók meglepetésére a Cassiopeia A-ról készített Chandra-felvételen az látszik, hogy a nagyjából 340 éve szupernóvává vált hatalmas csillag gyakorlatilag kifordult önmagából. Míg a nagy csillagok esetében a nehéz elemek a magban, a könnyebb elemek pedig a csillag külső rétegeiben találhatóak, a Cassiopeia A esetében a legkülső régióban is találtak vasat. A kutatók arra jutottak, hogy a csillag alkotóelemei összekeveredtek épp a mag összeomlása előtt vagy közvetlenül utána (esetleg előtte és utána is).

Csillagbölcsődék

A Chandra Orion mélyvizsgálat hamisszínes képén a 200–1000 elektronvolt (eV) energiájú fotonokat kibocsájtó területeknek vörös, az 1000–2000 eV-osaknak zöld, a 2000–8000 eV-osaknak pedig kék színt feleltettek meg. A felvételen látható legtöbb forrás az Orion-halmaz fiatal csillagaitól származik, amelyek mágneses aktivitásuk révén bocsájtanak ki röntgensugárzást. A fényes vöröses vonal képhiba. (Forrás: NASA / CXC / Penn State / E.Feigelson & K.Getman et al.)

Az XMM-Newton a Taurus Molekuláris Felhőben kialakuló kis tömegű csillagokat, a Chandra pedig az Orion-köd nagy tömegű csillagait mérte fel. Ezeken a képeken, köztük a Chandra Orion mélyvizsgálat (Orion Ultradeep Project) fenti felvételén a röntgensugárzás nagy része fiatal csillagoktól származik. Egyes esetekben a nagy tömegű fiatal csillagokból származó csillagszél kölcsönhatásai hozzák létre a röntgensugárzást. A röntgencsillagászati felmérések rengeteg adattal látták el a csillagászokat az újszülött csillagok mágneses teréről.

A fekete lyukak fizikája

A Chandra és az XMM-Newton segítségével a csillagászok első alkalommal becsülhették meg egy fekete lyuk forgási periódusát. A fekete lyuk erős gravitációjának a vasionok sugárzására gyakorolt hatása alapján a csillagászok láthatják, milyen közel jut a gáz az eseményhorizonthoz – minél közelebb van, annál gyorsabban forog a fekete lyuk. A kutatók ennek és más röntgencsillagászati módszereknek a segítségével vizsgálták több tucat fekete lyuk forgását.

A Chandra és az XMM-Newton megfigyelései a fekete lyukak körül keringő forró gáz vasatomjairól segítettek a csillagászoknak a fekete lyukak forgási periódusának meghatározásában. A kutatásról további részletek itt olvashatók. (Forrás: NASA / CXC / M.Weiss (Illusztráció); NASA / CXC / SAO / J.Miller et al. (spektrumok).

A Chandra és az XMM-Newton megfigyelései fényt derítettek a Tejútrendszer közepén megbúvó szörnyetegre, a Sagittarius A* (Sgr A*) jelzésű fekete lyukra. A Sgr A* nem falja úgy a gázt, mint a távoli kvazárokat fűtő szupernehéz fekete lyukak, inkább valami mást tesz, ami nagyjából naponkénti röntgenkitöréseket okoz. Néha infravörös felfénylés kíséri őket, máskor a röntgensugárzás önmagában jelenik meg. A kitörések mágneses átkötődésekből, egy aszteroida bekebelezéséből vagy valami egészen másból is eredhetnek – a kérdés még nyitott.

 A változás sugarai

A röntgencsillagászati és rádiócsillagászati megfigyelések együtt megoldottak egy, a galaxishalmazokkal kapcsolatos régi rejtélyt: a halmazokban lévő galaxisok közötti forró gáznak idővel le kell hűlnie, miközben ráhullik a halmazok központi galaxisaira és csillagokat hoz létre. Sok halmazban azonban a kutatók nem találtak újszülött csillagokat. Mint kiderült, a központi galaxisok szupernehéz fekete lyukjaiból kitörő, rádiósugárzást kibocsátó jetek buborékokat fújnak a röntgensugárzó intergalaktikus gázba, nyomáshullámokat indítva, amelyek hőt vezetnek vissza a környező közegbe, így megakadályozva a lehűlést. A csillagászok hamar rájöttek, hogy a feltételezett „fekete lyuk visszacsatolás” a galaxisok evolúciójától a kozmológiáig mindenre hatással lehet.

A Chandra és az XMM-Newton adataiból összeállított képen a forró, röntgensugárzó gáz látható a Perseus-halmazban. A középen megbúvó galaxis jetjei hatalmas lyukakat fújnak a környező forró gázba. (Forrás: NASA / CXC / SAO / E. Bulbul & others / XMM / ESA)

Extragalaktikus röntgenháttér

A Chandra Deep Field South (CDF-S) megfigyelési területről készített Chandra- és XMM-Newton-felvételek segítettek tisztázni a röntgenháttér természetét. (Forrás: Luo, B. et al, 2016, Astrophysical Journal Supplements; Vito, F. et al, 2016, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)

Az Aerobee rakéta 1962-es felbocsátásának köszönhetően a csillagászok megtudták, hogy röntgentartományban az éjszakai égbolt nem sötét, sőt: nagy energiájú fotonoktól nyüzsög. Az Einstein Obszervatórium kimutatta, hogy a szupernehéz fekete lyukak, amelyek túl messze vannak vagy túl halványak ahhoz, hogy láthatóak legyenek, magyarázhatják a röntgenhátteret. Azonban a Chandra volt az, amely tisztázta a helyzetet, és a röntgenhátteret egyedi forrásokhoz kötötte. A Chandra és az XMM-Newton adatai azt sugallják, hogy a felderítetlen források többségét gáz és por takarja el.

Forró Jupiterek és lakhatóság

A röntgenmegfigyelések közvetlen bizonyítékkal szolgáltak a csillagok és bolygóik közötti kölcsönhatásra, például amikor az XMM-Newton kitöréseket észlelt a HD 17156 rendszerben. A kitörések egybeestek azzal, amikor a forró Jupiter a legközelebb volt a csillagához. A röntgensugárzási adatok a lakhatósággal kapcsolatban is hasznosak: az XMM-Newton mérései megmutatták, hogy nagy energiájú sugárzás éri a három Föld-szerű bolygót a TRAPPIST-1 bolygórendszer lakhatósági zónájában, és ez már valószínűleg le is fújta a légkörüket. Hasonlóképpen a megfigyelések azt mutatták, hogy a Proxima Centauri b-t a csillaga 250-szer nagyobb röntgensugárzásnak teszi ki, mint a Nap a Földet. A lakhatóság emiatt itt szintén bizonytalan.

A rajzon a HD 189733 jelű csillagtól alig 5 millió kilométerre keringő forró Jupiter látható. A csillag előtt elhaladó bolygót a Chandra figyelte meg. (Forrás: ESA / NASA / M. Kornmesser / STScI)

Sötét anyag, sötét energia

A kollázs hat galaxishalmaz-ütközést mutat abból a harmincból, amelyet a Hubble űrteleszkóp és a Chandra megfigyelt. A kutatók szerint a galaxisok együtt maradnak a sötét anyaggal (kék), amelyet a gravitációslencse-hatás segítségével térképeztek fel. Eközben a ritka, röntgensugárzást kibocsátó gázfelhők ütköznek és elválnak a galaxisoktól, valamint a sötét anyagtól. (Forrás: NASA / ESA / STScI / CXC)

A sötét anyag vizsgálatának és a sötét energia megismerésének kulcsai a galaxishalmazok. A röntgenmegfigyelések először olyan, rendkívül forró gáz jelenlétét mutatták ki a halmazokon belül, amely eltűnt volna, ha a halmaz sötét anyagának gravitációja nem tartja egyben. A csillagászok ezután olyan távoli halmazokat vizsgáltak, amelyek abban az állapotban látszanak, amikor a Világegyetem alig feleannyi idős volt, mint most. Segítségükkel megbecsülték a hatalmas galaxishalmazok növekedési ütemét a kozmikus időskálán. Ezek eredményeképpen szilárd bizonyítékhoz jutottak a sötét energia létezésével kapcsolatban, és megtalálták a módját annak is, hogy megmérjék annak sűrűségét és meghatározzák az állapotegyenletét.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás