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 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
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 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.
Extragalaktikus röntgenháttér
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.
Sötét anyag, sötét energia
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
