A SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, vagyis az infravörös csillagászati sztratoszférikus obszervatórium) 2,7 méter átmérőjű infravörös távcsövének különlegessége, hogy egy Boeing–747SP repülőgép fedélzetéről végez méréseket. A 12 km-es repülési magasság az infravörös sugárzást elnyelő atmoszféra nagy része felett van, így olyan hullámhossztartományban engedte tanulmányozni az Univerzumot, amely földi távcsövekkel elérhetetlen. A SOFIA távcső a NASA és a Német Lég- és Űrügyi Központ (DLR) együttműködésének eredménye.
A távcső mobilitása lehetővé tette, hogy szinte az égbolt bármely irányában méréseket végezzenek, ami nagy előny a földi távcsövekkel szemben. Az infravörös tartomány pedig olyan jelenségekbe enged bepillantást, amelyek a földi, optikai tartományban mérő távcsövek számára elérhetetlenek: olyan objektumok tanulmányozását teszi lehetővé, amelyeket csillagközi por- és gázfelhők fednek el.
A tízórás repülések során a SOFIA megfigyelései a következő témákra irányultak: a csillagok életének kezdete és vége, új naprendszerek keletkezése, komplex molekulák azonosítása, naprendszerbeli objektumok (bolygók, üstökösök és aszteroidák) vizsgálata, galaxisok feltérképezése, csillagok mágneses terének mérése, illetve a galaxisok közepén lévő fekete lyukak tanulmányozása. A SOFIA több műszerrel van felszerelve – kamerákkal, spektrométerekkel és a mágneses terek mérésére alkalmas polariméterekkel – amelyek ezen témák kutatására alkalmasak. A műszerek közeli, közép- és távoli infravörös hullámhosszakon is mérnek.
Az űrtávcsövekkel ellentétben a SOFIA műszerei minden repülés után karbantarthatók, így a távcső arra is alkalmas, hogy a későbbiekben űrtávcsöveken alkalmazandó technológiákat teszteljenek segítségével.
A távcső fejlesztése 1996-ban kezdődött, az első méréseket 2010-ben végezték, végül 2014-re érte el a tervezett, működtetéséhez szükséges teljesítményt. A SOFIA repülőobszervatóriumot a NASA Palmdale-ben (Kaliforniában) található Armstrong Flight Research Center intézete üzemelteti, a Universities Space Research Association-nel (USRA, Columbia, USA) és a német SOFIA Intézettel (DSI; Stuttgarti Egyetem) együttműködésben.
A SOFIA már nyolc éve sikeresen működik, és érdekes eredményeket szolgáltat az infravörös égboltról. Ám semmi nem tarthat örökké: a SOFIA működése szeptember végén – vagyis a napokban – lezárul. A SOFIA misszió sikeréhez több száz – Amerikában és Németországban dolgozó – kutató járult hozzá.
A SOFIA öröksége
A következőkben a SOFIA eredményei közül válogatunk.
A SOFIA detektálta azt a fajta molekulát, ami az Univerzumban elsőként keletkezhetett, mindössze 100000 évvel az ősrobbanást követően: a hélium-hidridet. Ez a molekula a későbbi Univerzumban is jelen van, ám a SOFIA mérései előtt még nem detektálták az űrben. A SOFIA tette lehetővé, hogy a kutatók az NGC 7027 planetáris ködben azonosítsák, vagyis egy olyan gázból és plazmából álló burokban, amely bizonyos típusú csillagok körül képződik az életük vége felé ledobott gázfelhőből. Ez a felfedezés fontos információval szolgál a korai Univerzum megértésére vonatkozóan is.
A SOFIA eredményei közé tartozik annak a detektálása is, ahogy egy – az Orion ködben lévő – fiatal csillag erős csillagszele buborékot képezve a csillag körül megakadályozza, hogy a környezetében újabb csillagok alakuljanak ki. Ez az eredmény fontos szerepet játszik abban, hogy megértsük, egy csillagközi gázfelhőben milyen tényezők határozzák meg a csillagok kialakulását.
A SOFIA mérései felfedték az M82 galaxis körüli mágneses tér különleges szerkezetét is. A galaxisok mágneses tere általában azok síkjával párhuzamos, ám a 12 millió fényévnyire található M82 esetén arra merőleges. Ennek magyarázata, hogy a mágneses erővonalakat a galaxis középpontjában kialakuló csillagok erőteljes csillagszele eldeformálta. Az M82 galaxis egy különleges típusba tartozik, amelyben tízszer olyan gyorsan keletkeznek csillagok, mint a Tejútrendszerben. A keletkező csillagok erőteljes csillagszele olyan mechanizmus, ami a galaxisok anyaga egy részének távozásához vezet. Ez a folyamat különösen a korai Univerzumban lehetett fontos, amikor a csillagok keletkezési üteme jóval nagyobb volt, mint a jelenlegi Univerzumban.
A SOFIA az exobolygók kutatásában is részt vett. Az epszilon Eridani jelzésű csillag bolygórendszere a legközelebbi azok közül a csillagok közül, amik hasonlóak a Napunk korábbi állapotához. A SOFIA adatai felfedték a csillag körüli port tanulmányozva, hogy a bolygórendszer a Naprendszerünkhöz hasonló: a por eloszlása a maprendszerünkbeli aszteroidaövekhez hasonlók létezésére utalt a csillag körül, amelyek közül az egyik egy Jupiter méretű bolygó közelében található.
A SOFIA a galaxisok magjaiban lévő fekete lyukak megértéséhez is hozzásegített: adatai bizonyították, hogy a Cygnus A galaxis középpontjában lévő fekete lyukba történő anyagbehullást a mágneses erővonalak irányítják. A mágneses tér szerepe az, hogy az annak szerkezetét követő anyag így elég közel kerül a fekete lyukhoz, hogy annak fogságába essen. Nem minden galaxisban ilyen a mágneses tér szerkezete, így ez fontos lehet annak megértéséhez, hogy miért aktívak a fekete lyukak egyes galaxisokban, míg más galaxisokban nem.
A komplex szerves molekulák detektálása csillagközi gázfelhőkben fontos lehet a földi élet kialakulásának megértése szempontjából. A SOFIA mérései az NGC 7023 jelű gázköd irányában azt mutatták, hogy a közeli csillagok sugárzásának hatására a ködben lévő komplex szerves molekulák egymással reakcióba lépve még komplexebb molekulákká állnak össze. Ez a felfedezés meglepte a kutatókat, mivel arra számítottak, hogy a sugárzás hatására ezek a molekulák szétesnek.
A BD +20 307 jelű kettős csillagrendszer a Földtől több mint 300 fényévnyire található. A SOFIA adatai arra utalnak, hogy a csillagrendszerben két bolygó összeütközhetett egymással. Korábban is ismert volt, hogy a csillagrendszerben található törmelékanyag melegebb volt, mint amennyire legalább 1 milliárd éves csillagok esetén számítani lehet. A SOFIA megmérte a törmelék infravörös fényességét, ami arra utalt, hogy a rendszerben még mindig található meleg por, tehát a bolygók ütközése a közelmúltban történhetett. A Hold keletkezése hasonló ütközés eredménye lehet.
A fentebb említettek és sok más eredmény a SOFIA küldetésének sikerét bizonyítják. A SOFIA által nyolc éven át összegyűjtött adatok elérhetők lesznek a kutatók számára a NASA archívumában, így még a jövőben is várhatók felfedezések a SOFIA adatai alapján. Az infravörös csillagászat pedig fénykorát éli a SOFIA misszió lezárulása ellenére is, a nemrég felbocsátott James Webb-űrtávcsőnek köszönhetően.
Szerző: Nagy Zsófia, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet