A Hubble „leggyönyörűbb csillagai” – válogatás a Hubble űrtávcső felfedezéseiből

2020 április 23
| Szerző: Boldog Ádám
A csillagászat: az égi jelenségek tudománya, intézhetnénk el röviden a kérdést. Ez azonban nem fedi fel előttünk a teljes igazságot. A csillagászat tudományának meganny...

A csillagászat: az égi jelenségek tudománya, intézhetnénk el röviden a kérdést. Ez azonban nem fedi fel előttünk a teljes igazságot. A csillagászat tudományának megannyi szerteágazó nyúlványa, habár mind közös gyökérből ered, mégis a legtávolabbi területeket foglalja magában. Bizonyos szempontból ebben az orvoslásra hasonlít.

Ahogyan a gyógyászat területén is találkozunk gyermekorvosokkal, agysebészekkel vagy kardiológusokkal, úgy a csillagászat tudományán belül is megkülönböztetünk kozmológusokat, planetológusokat, vagy épp változócsillagászokat.

És éppúgy, ahogyan nem szeretnénk, hogy egy pszichiáter végezze el szívműtétünket, a csillagászaton belül sem javallott egy marskutatót megbízni a fekete lyukak rejtélyeinek felderítésével.

Éppen ezért ritka az olyan csillagászati projekt, ami egyszerre helyt tud állni a csillagászat egymástól ennyire különböző területein.

Márpedig a Hubble űrtávcső éppen erre volt képes!

Tudományos kutatásai a csillagászat legszélesebb spektrumán alkottak maradandót: az Univerzum rejtelmeit tanulmányozó kozmológia, a Naprendszeren kívül planétákat kutató exobolygászat, a csillagok fényességének ingadozását vizsgáló változócsillagászat csakúgy, mint a fekete lyukakkal, a csillagok halálával vagy épp a naprendszerbeli objektumokkal foglalkozó csillagászok egyaránt rengeteget köszönhetnek a Hubble teleszkópnak.

Lehetetlen lenne egy cikkben felsorolni a Hubble összes eredményét, hiszen a távcső már 2011-ben túl volt egymillió megfigyelésen. A felfedezések fontosságát, vagy a készített felvételek szépségét is nehéz feladat volna rangsorolni. Válogatásunk ezért inkább egy tisztelgés a Hubble sokoldalú világa előtt.

Gyűjteményünkben olyan korszakalkotó felfedezéseit mutatjuk be, melyek a csillagászat más és más területét formálták újra.

Merüljünk hát el eme „égi polihisztor” sokszínű kozmoszában!

A több fényév hosszúságú gázfelhők csúcsaiban könnyedén megtaláljuk a fiatal csillagok fényétől világító EGG-ket. Forrás: NASA.
A több fényév hosszúságú gázfelhők csúcsaiban könnyedén megtaláljuk a fiatal csillagok fényétől világító EGG-ket. Forrás: NASA.

A Teremtés Oszlopai (Pillars of Creation): A Sas-köd (M16) mélyén húzódó, gigantikus ujjakra emlékeztető por- és gázfelhő csillagok új generációjának bölcsője. A terjedelmes csillagközi gázfelhők legsűrűbb pontjaiban fiatal, születő csillagok bújnak meg. Ezeket a csillagászok találóan EGG1-nek, azaz „tojásnak” nevezték el. A bennük megbúvó, újszülött csillagok fénye megvilágítja a környezetükben lévő gáz és poranyagot, emiatt mi is könnyen kiszúrhatjuk a fiatal csillagokat rejtő „tojásokat”. A jelenség – csillagászati értelemben véve – rövid ideig tart, mert a forró, fiatal csillagok erős UV-sugárzása idővel elfújja az őket rejtő burkot.

Shoemaker-Levy 9 üstökös: A Hubble által készített képsorozaton egy egészen elképesztő dolgot láthatunk: egy üstökös becsapódását a Jupiterbe! Az 1994. júliusában bekövetkező esemény volt az első alkalom, hogy két nagyobb naprendszerbeli objektum ütközését sikerült megfigyelni. A jelenség még a Nagy Vörös Foltnál is látványosabb, sötétbarna-fekete sebet ütött a Jupiter légkörében. A fekete ütközésnyomokat akár kisebb otthoni távcsövekkel is ki meg lehetett pillantani. A több napon keresztül tartó becsapódássorozat során a Shoemaker-Levy 9 üstökös darabjai egymást követve csapódtak a Jupiterbe. A Hubble megfigyelései pontosították ismereteinket a gázbolygók Naprendszerünkben betöltött szerepével kapcsolatban. Ma már tudjuk, hogy a Jupiter - hatalmas tömegének hála - jelentős mértékben hozzájárul a Naprendszerben kallódó törmelék számának csökkentéséhez.

A Shoemaker-Levy 9 becsapódásának nyomait láthatjuk a Jupiter légkörében.
A Shoemaker-Levy 9 becsapódásának nyomait láthatjuk a Jupiter légkörében.
Az üstökös az ütközést megelőzően több darabra szakadt szét.
Az üstökös az ütközést megelőzően több darabra szakadt szét.

Fomalhaut b: Egy tekintélyt parancsoló, igéző pillantás 25 fényév távolból. Ez a pillantás rengeteg rejtélyt és ellentmondást szült, története a mai napig viták forró talaját képezi. A Hubble űrtávcső ismét korszakalkotó felfedezést tett – az igazi kérdés csupán az, hogy milyen szempontból? A felvétel elkészülte után a csillagászok nagy örömmel jelentették be az első olyan exobolygót2, amit a látható fény tartományában sikerült lencsevégre kapni. Gondoljunk csak bele mekkora szenzáció: saját szemünkkel láthatunk egy több tíz fényévre lévő planétát! Egy naprendszeren kívüli bolygó lefényképezése egyáltalán nem könnyű feladat, hiszen egy csillag fénye sok nagyságrenddel erősebb a körülötte keringő bolygóénál. Ahhoz, hogy a planéta halvány fénye láthatóvá váljon, a csillagot egy koronggal (ún. koronagráffal) takarták ki. A csillagot körülvevő korongban így egy fényes, csillagszerű jelenség vált láthatóvá a csillagot körülvevő porkorongban.

A Hubble korábbi felvételein még egy új exobolygó felfedezését sejtették a csillagászok. Forrás: NASA.
A Hubble korábbi felvételein még egy új exobolygó felfedezését sejtették a csillagászok. Forrás: NASA.
A legújabb kutatások arra engednek következtetni, hogy a Hubble által megfigyelt jelenség valójában egy kozmikus ütközés eredménye volt. Forrás: NASA.
A legújabb kutatások arra engednek következtetni, hogy a Hubble által megfigyelt jelenség valójában egy kozmikus ütközés eredménye volt. Forrás: NASA.

A számítások azt mutatták, ez a Jupiter-típusú gázóriás kb. 1700 év alatt kerüli meg csillagát. Valami azonban nem stimmelt ezzel a bolygóval. Fénye egyre jobban halványodott, infravörös tartományban pedig mintha ott sem lett volna.

A csillagászok kezdetben azt gyanították, a bolygót egy hatalmas porfelhő veszi körül, azonban a legújabb kutatások egészen meglepő eredményre jutottak.

Úgy tűnik, a Fomalhaut b soha nem is létezett, helyette valami sokkal valószínűtlenebb dolognak lehettünk szemtanúi: egy kozmikus ütközésnek!

Az ütközés nem sokkal a Hubble felvétele előtt történt, az ezzel járó porfelhő pedig visszaverte a rávetülő csillagfényt: ez látható a Hubble fotóján is. Hogy érezzük, mekkora szerencse kell egy ilyen esemény lefényképezéséhez: a kutatók számításai szerint a Fomalhaut rendszerben csupán 200 000 évente egyszer történik hasonló.

A Hubble űrtávcső így egy egészen új, egzotikus terület úttörőjévé vált: elsőként sikerült lefényképeznie két, Naprendszeren túli égitest ütközését!

Az Antennák nevet viselő ütköző galaxispáros. A két galaxis "tánca" többszáz millió évig eltart. Forrás: NASA.
Az Antennák nevet viselő ütköző galaxispáros. A két galaxis "tánca" többszáz millió évig eltart. Forrás: NASA.

Antennák: Éppen a Hubble teleszkóp névadója, Edwin Hubble bizonyította be, hogy galaxisunk nincs egyedül az Univerzumban; csillagvárosok sokasága vesz minket körül. Ezekben a csillagok száma többszázmillió, sőt a milliárdos nagyságrendet is elérheti. Vannak közöttük tányér alakú, spirálkarokkal tarkított galaxisok, amilyen a saját galaxisunk, a Tejútrendszer is. Vannak szinte gömbre hasonlító, ún. elliptikus galaxisok. És van rengeteg furcsa formájú és sajátos jellegű, szabálytalan galaxis. Az egyik legérdekesebb csoport a kölcsönható galaxisoké: esetükben két (vagy akár több) csillagváros egymásba olvadásának folyamatát láthatjuk.

Az egyes csillagok közötti távolság túl nagy a csillagok méretéhez képest, azok csak nagyon ritkán ütköznek egymással. Nem így van ez a galaxisok esetében, amik mintha mást se akarnának, csak találkozni a másikkal! Ezek az ütközések többszázmillió évig tartanak, amely során a csillagok a központi fekete lyuk körül újracsoportosulnak, de az is előfordul, hogy kipenderülnek a galaxisok közötti térbe. A Hubble rengeteg galaxispárt figyelt meg, amik az egybeolvadás különböző fázisában járnak: egyesek még csak épphogy nekiláttak közös táncuknak, míg mások már szinte megkülönböztethetetlenül egybeforrtak.

A képen az Antennák elnevezéssel illetett galaxispárost láthatjuk (NGC 4038-4039). A Hubble megfigyelései hatalmas előrelépést jelentettek az Univerzumunk képét alakító folyamatok felderítésében.

A Hubble Ultra Deep Field elnevezésű képe. A felvételen összesen kb. 10 000 galaxis látható, a legtávolabbiak vörös színben fénylenek. Az UDF az égbolt egy apró részletét örökítette meg: a látómező kisebb, mint a telihold méretének tizede! Forrás: NASA.
A Hubble Ultra Deep Field elnevezésű képe. A felvételen összesen kb. 10 000 galaxis látható, a legtávolabbiak vörös színben fénylenek. Az UDF az égbolt egy apró részletét örökítette meg: a látómező kisebb, mint a telihold méretének tizede! Forrás: NASA.

Hubble Ultra Deep Field: Nyílt titok, hogy minden csillagász időutazó: minél távolabb tekintünk ugyanis az Univerzumban, annál régebbi eseményeket látunk5. A Hubble egyik legismertebb fotóján, az Ultra Deep Field-en (UDF) a korai Univerzum képét láthatjuk. Gondoljunk bele: a képen lefotózott galaxisok a legtávolabbi csillagászati objektumok, amire ember valaha pillanthatott! A felvételt 2003. és 2004. között készítették el összesen kb. 11 teljes napot felölelő expozíciós idővel!

A Hubble az Égetőkemence (Fornax) csillagkép irányába látszó apró égterületre fókuszált. A felvételen a 13 milliárd évvel ezelőtti Univerzum arca fedi fel magát. A világegyetem ekkor még sokkal kisebb volt, így a galaxisok jóval könnyebben találkoztak egymással. Az UDF kiváló lehetőséget nyújtott a korai Univerzum beható vizsgálatára.

A kép érdekessége, hogy mindössze 5 db Tejútrendszer-beli csillag található rajta, minden más fénypont távoli galaxis. Ezen a felvételen valóban kitekintünk a galaxisunk függönye mögül, és ellátunk egészen a Világegyetem széléig.

A Hubble fotója az M87 jelű óriásgalaxisról. A galaxis központjában lévő szupernehéz fekete lyuk tömege több milliárdszorosa a Napénak. Forrás: NASA.
A Hubble fotója az M87 jelű óriásgalaxisról. A galaxis központjában lévő szupernehéz fekete lyuk tömege több milliárdszorosa a Napénak. Forrás: NASA.

Szupermasszív fekete lyukak: A Hubble-nek köszönhetően tudjuk, hogy a legtöbb galaxis középpontjában egy ún. szupermasszív fekete lyuk foglal helyet. Ezek tömege a galaxis méretétől függ: a Tejútrendszerhez hasonló spirálgalaxisok centrumában néhány millió-tízmillió naptömegű fekete lyukakat találunk. Ezzel szemben a legnagyobb elliptikus galaxisok közepén lévő fekete lyukak akár több milliárdszor is nehezebbek lehetnek Napunknál. Ez a helyzet a képen látható M87 galaxis esetében is. A Hubble teleszkóp a galaxisok centrumának közelében lévő csillagok sebességét vizsgálta.

Ezekből a mérésekből a kutatók meg tudták határozni a központban helyet foglaló égitest tömegét, ami a csillagok sokaságának mélyén rejtőzködő fekete lyukat fedett fel!

A képen levő egyenes nyaláb az úgynevezett relativisztikus anyagsugár (jet).

Az anyagsugár anyaga a fekete lyuk tömegbefogási korongjából a lyukba hulló és a pólusa irányában távozó szubatomi részecskék közel fénysebességre gyorsult nyalábja.

A Hubble űrteleszkóp a távolságok meghatározására azt a technikát használta, amit Edwin Hubble az Univerzum tágulásának megállapításakor. Az égi jelenségek ún. abszolút fényessége és távolsága között ugyanis összefüggés van: ha előbbit ismerjük, kiszámolhatjuk, milyen messze van tőlünk. A Földről azonban általában csak az égitestek látszó fényességét ismerjük. Bizonyos esetekben azonban meghatározhatjuk egy csillag valódi sugárzási teljesítményét is. Alkalmas lehet erre felrobbanó csillagok (szupernóvák) egy bizonyos csoportja, de a változócsillagok körében is találkozhatunk hasonlóval. A képen egy Edwin Hubble által is mért csillag fényességének időbeli változását láthatjuk. Ezeknél az ún. cefeida típusú csillagoknál a fényességváltozás üteméből következtethetünk abszolút fényességükre. Forrás: NASA.
A Hubble űrteleszkóp a távolságok meghatározására azt a technikát használta, amit Edwin Hubble az Univerzum tágulásának megállapításakor. Az égi jelenségek ún. abszolút fényessége és távolsága között ugyanis összefüggés van: ha előbbit ismerjük, kiszámolhatjuk, milyen messze van tőlünk. A Földről azonban általában csak az égitestek látszó fényességét ismerjük. Bizonyos esetekben azonban meghatározhatjuk egy csillag valódi sugárzási teljesítményét is. Alkalmas lehet erre felrobbanó csillagok (szupernóvák) egy bizonyos csoportja, de a változócsillagok körében is találkozhatunk hasonlóval. A képen egy Edwin Hubble által is mért csillag fényességének időbeli változását láthatjuk. Ezeknél az ún. cefeida típusú csillagoknál a fényességváltozás üteméből következtethetünk abszolút fényességükre. Forrás: NASA.

Az Univerzum kora: A Hubble űrtávcső egyik fő feladata a Hubble-állandó meghatározása volt. Edwin Hubble közel egy évszázada bizonyította be az Univerzum tágulását, a róla elnevezett állandó pedig ennek a folyamatnak a mértékét adja meg.

Vajon mi történne, ha visszakövetnénk világunk történetét az időben?

Ha gondolatban visszaforgatjuk az idő kerekét lelki szemeink előtt, akkor a világegyetem egyre kisebb és kisebb lesz, mígnem egy pontba zsugorodik össze.

Az Ősrobbanás-elmélet szerint az Univerzum ebből a végtelen sűrű pontból keletkezett. Kérdés azonban, hogy mikor történt ez a bizonyos „Ősrobbanás”? Más szóval: milyen idős az Univerzumunk?

Ehhez bizony a Hubble-állandó értékét kell minél pontosabban ismernünk – ami a Hubble űrteleszkóp egyik fő feladata volt. A távcső távoli galaxisok távolságát mérte ki nagy pontossággal, cefeida típusú változócsillagok, ún. standard gyertyák7 segítségével.

A Hubble-nek hála ma már sokkal pontosabb ismerjük az Univerzum korát, ami a megfigyelések szerint kb. 13,8 milliárd év. (Persze ha ő kérdi, egy perccel sem néz ki többnek 10 milliárdnál!)

A Hubble teleszkóp, földi távcsövekkel együtt dolgozva több tucat, nagyon távoli (azaz a világegyetem életének korai szakaszából származó) galaxisban felrobbanó szupernóvák egy speciális típusának (ún. Ia típusú szupernóvák) fényét tanulmányozta. Felfedezéseik egy lépéssel közelebb hoztak minket a titokzatos Sötét Energia és az Univerzum jövőjének megismeréséhez.
A Hubble teleszkóp, földi távcsövekkel együtt dolgozva több tucat, nagyon távoli (azaz a világegyetem életének korai szakaszából származó) galaxisban felrobbanó szupernóvák egy speciális típusának (ún. Ia típusú szupernóvák) fényét tanulmányozta. Felfedezéseik egy lépéssel közelebb hoztak minket a titokzatos Sötét Energia és az Univerzum jövőjének megismeréséhez.

Sötét Energia: Talán azt hittük a kozmológusok kielégíthetetlen étvágyát majd csillapítja az Univerzum korának ismerete?

Ha igen, nagyobbat nem is tévedhettünk volna! De mi lehet még vajon olyan izgalmas, mint a világegyetem születése?

Természetesen a jövője! Hiszen ki ne akarná tudni, milyen sors vár az Univerzumra?

Szerencsére a Hubble űrtávcső kiválóan alkalmasnak bizonyult a kozmosz jövőjének fürkészésében is. A fő kérdés a következő volt: vajon az Univerzum tágulása örökké tart-e, vagy bekövetkezik majd egy „Nagy Reccs”, miután az egész folyamat visszájára fordul, és a világegyetem zsugorodni kezd?

A kutatást végző csillagászok úgy gondolták, a galaxisok gravitációja végül győzedelmeskedni fog, a tágulás pedig megáll. Képzelhetjük a meglepetésüket, amikor a Hubble és más, földi teleszkópok együttes megfigyeléseiből kiderült: az világegyetem nemcsak, hogy tágul, de ráadásul egyre gyorsabb ütemben!

Ma ezért a misztikus ’Sötét Energiát’ okoljuk, ami az Univerzum kb. 70%-át adja. Hiába dominál azonban világunkban, nagyon keveset tudunk róla. A Sötét Energia máig a csillagászat egyik legnagyobb rejtélye: mindössze annyi ismerettel rendelkezünk erről a feltételezett jelenségről, hogy hatása a gravitációval ellentétes, és az Univerzum legnagyobb skáláin érvényesül. A váratlan felfedezést elért kutatókat 2011-ben fizikai Nobel-díjjal tüntették ki. És, hogy milyen jövő vár a világegyetemre?

A tágulás üteme egy ponton meg fogja haladni a fény sebességét is. Ezzel pedig az a furcsa jelenség fog járni, hogy a Földről feltekintve csupán a Tejútrendszer csillagai8 lesznek láthatóak. A jövő csillagásza az égboltra feltekintve nyugodt szívvel mondhatná, hogy galaxisunk egyedülálló az egész Univerzumban.

Amikor a bolygó elhalad csillaga ellőtt, annak fénye keresztülsüt a bolygó atmoszféráján. A légkörében lévő elemek „nyomokat” hagynak maguk után: sötét vonalakat a csillag színképében. Az egyes elemek meghatározott hullámhosszakon hoznak létre vonala, így segítségükkel megállapítható a bolygó légköri összetétele. Forrás: NASA.
Amikor a bolygó elhalad csillaga ellőtt, annak fénye keresztülsüt a bolygó atmoszféráján. A légkörében lévő elemek „nyomokat” hagynak maguk után: sötét vonalakat a csillag színképében. Az egyes elemek meghatározott hullámhosszakon hoznak létre vonala, így segítségükkel megállapítható a bolygó légköri összetétele. Forrás: NASA.
Az ábrán látható bolygó az erős csillagszél hatására lassan elveszíti légkörét. (A kép csupán illusztráció.) Forrás: NASA.
Az ábrán látható bolygó az erős csillagszél hatására lassan elveszíti légkörét. (A kép csupán illusztráció.) Forrás: NASA.

Spektroszkópia: Bizonyosan magunk is gyönyörködtünk már egy-egy szivárvány szemkápráztató szépségében. A Hubble űrtávcső képes volt távoli csillagok színképének (idegen szóval spektrumának) felvételére is. Ezt a képességét pedig korábban nem látott módon vetette be: méghozzá távoli exobolygók légkörének vizsgálatához! 2001-ben, a történelemben először sikerült egy naprendszeren kívüli planéta légkörét észlelnie. Egy kb. Jupiter méretű égitest atmoszférájában nátriumgáz jelenlétét mutatta ki. Két évvel később elsőként sikerült megfigyelnie, ahogyan egy bolygó légköre „elszökik”.

A Hubble egy „forró Jupiter”9 esetén figyelte meg először a légköri hidrogén elvesztésének folyamatát: a bolygó üstökösszerű csóvát hagyott maga után keringése során. Ma már tudjuk, hogy egy bolygót érő erős csillagszél képes elfújni annak akár teljes légkörét is! A Hubble spektroszkópiai megfigyelés útján mért először szerves molekulákat exobolygók légkörében. Ezek a molekulák az általunk ismert élet elengedhetetlen építőkövei.

A Gyűrűs-köd egy kis tömegű csillag halálának végállapota. A köd centrumában fénylő fehér törpe megvilágítja a körülötte lévő gázt, ez adja a köd jellegzetes alakját. Forrás: NASA.
A Gyűrűs-köd egy kis tömegű csillag halálának végállapota. A köd centrumában fénylő fehér törpe megvilágítja a körülötte lévő gázt, ez adja a köd jellegzetes alakját. Forrás: NASA.

Planetáris ködök: A válogatásunk utolsó Hubble felvételén látható szem alakú gázfelhő egy ún. planetáris köd. Az érdekes jelenség bizony saját Napunk jövőjét tárja szemeink elé! A Nap, ahogy más, hozzá hasonló tömegű csillagok is, élete alkonyához közeledve vörös óriássá duzzad, majd „röpke” egymilliárd év elteltével a felfúvódott, vörös burkát lefújja. Csupán egy halott fehér törpe marad az egykor méltóságteljesen duzzadó csillagból. Ez az apró (mindössze Föld méretű), halott csillag megvilágítja és gerjeszti a korábban lefújt gázt: az így látott jelenséget nevezzük planetáris ködnek.

A Hubble űrteleszkóp rengeteg ilyet figyelt meg, korábban nem látott pontossággal, átformálva ezáltal a csillagok végállapotairól alkotott elképzeléseinket. Planetáris ködök sokaságát fedte fel, a korábban elvártak szerint azonban nem csak gömbre emlékeztető alakokban. A képen látható objektum a Gyűrűs-köd (M57) nevet viseli. Érdekes magyar vonatkozása, hogy kb. egy évszázaddal a Hubble megfigyelései előtt, 1886-ban Gothard Jenő volt az első ember, akinek sikerült lefényképeznie a köd mélyén rejlő fehér törpecsillagot.

 

 

Szerző: Boldog Ádám, Fiatal kutató,CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet

 

 

1: A mozaikszó az Evaporating Gas Globules, azaz párolgó gázfelhők kifejezést takarja. A név utal arra a folyamatra, amely során a csillag az őt körülvevő gázfelhőt eloszlatja.

2: Naprendszeren kívüli bolygó.

3: Hőmérsékletük miatt a bolygók az infravörös tartományban sugároznak a legerősebben.

5: Például egy tőlünk 10 fényévre lévő csillag esetében annak fénye tíz évig utazik, mire elér hozzánk. Amikor tehát a csillagra pillantunk, valójában azt látjuk, milyen volt egy évtizeddel ezelőtt.

6: Hubble törvénye szerint minél messzebb van egy galaxis, annál gyorsabban fog tőlünk távolodni.

7: A standard gyertyának nevezett égi jelenségek abszolút fényességét valamilyen módon ismerjük, így alkalmasak távolságuk meghatározására.

8: Illetve a hozzánk legközelebb lévő galaxisok.

9: Csillagához közel keringő, Jupiter típusú gázóriás. Naprendszerünkben nem találkozunk hasonlóval.