CSILLAGÁSZAT * (kb. 18 perc csapongás)

Nem tartozott az elmúlt év legjelentősebb csillagászati és űrkutatási történeteibe a németországi Max Planck Intézet Földönkívüli Fizikai Tanszékének (Max-Planck Institute für Extraterrestrische Physik - MPE) legújabb felfedezése, közvetett szálakon mégis párhuzam kötheti az angol Roger Penrose fizikus, valamint a német Reinhard Genzel és az amerikai Andrea Ghez által megosztva kiérdemelt fizikai Nobel-díjhoz. Bátran állítható, eltekintve a planétánkon zajló, nem kis horderejű nyűgöktől és bajoktól, kozmológiai szempontból a lezajlott időszak lehetett volna akár a fekete lyukak éve is. És most tekintsünk el az átvitt értelmű magyarázatoktól (lyukra futás, kapufa stb.)!

S-alakú torzuláson áteső galaxisunk (az érzékelhetőség kedvéért enyhén eltúlzott) illusztrációja a legfrissebb kutatások tükrében (kép: CHEN Xiaodian - LiveScience 2019-febr-4)

Égi otthonunk, a Tejútrendszer és annak magja - azon belül is a központi szupermasszív, 4 millió naptömegű fekete lyuk akkréciós korongjában elhelyezkedő Sagittarius A* környéke - a megérteni vágyás és az emberiség minden eddiginél fejlettebb eszközeinek egyre intenzívebb kereszttüzében áll.

A Tejútrendszer, és maga a Tejút

Mindig érdekes elkanyarodni ahhoz, honnan származik ennek a 32,193 kiloparszek (hozzávetőleg 105 ezer fényév) átmérőjű küllős spirálgalaxisnak (az új konszenzus szerint két fő spirálkarral - melyek egyike a Scutum-Centaurus, a másik pedig a Perseus-kar -, és számos töredékkarral, köztük a Föld környékének is otthont adó Orion-kar) az elnevezése a különböző civilizációkban.

A nyugati társadalmakban használatos megfogalmazás a görög mitológiából származik. "Héraklészt születése után az alvó Héra mellére helyezték, az újszülött így szerzett halhatatlanságot az istennőtől. A felébredő Héra olyan hevesen taszította el magától Héraklészt, hogy teje szertefröccsent az égen." Pazar mutatvány lehetett, de az istenek már csak ilyenek voltak. A Tejút, a galaxis átlagosan 2 000 fényév (központjánál 16 300 fényév) vastagságú korongja így a mítoszokban is megszületett.

Hazánk mondavilágában leginkább a székely emlékezet maradandó, ahol "Csaba királyfi csillagösvénye"-ként említik. "A történet szerint ezen a csillagösvényen távozott el a földi világból Csaba királyfi, Attila hun király/fejedelem fia, a székelyek vezére, és tér majd vissza, ha népének segítségre van szüksége."

Ehhez kicsit hasonló, kevésbé pátoszos, annál inkább mítikus a távol-keleti forrás.

"Az én Japánomban keringtek történetek a Tejútról. Úgy hívták, hogy a Menny folyója - Amanogawa. Állt az egyik partján egy integető asszony, a másikon a szerelme, aki csak úgy kelhetett át hozzá, ha kivárja a hetedik hónap hetedik éjszakáját. És van, aki úgy hiszi, ha valaki meghal, átkel azon a folyón, hogy csillaggá váljék." /Greg Bear/

A három buborékpár vagy kettő?

A legfrissebb kutatások szerint ezt a "folyót" valószínűleg több ütemben, de legutóbb úgy hatmillió évvel ezelőtt - hihetetlen idő, ha csupán az utóbbi 4-5 ezer évnyi eszmélésünket figyeljük - hosszan megvilágította valami, több tízezer éven keresztül éjjeli fényjátékot rajzolva az égre. (Mindezek után csodálkozunk, ha az ősi emlékezet az ókor emberét arra késztette, hogy isteneiket az égbe költöztesse? Ez persze teoretikus felvetés.) Ahhoz a tüzijátékhoz hasonlót talán, bár kevésbé valószínű módon a tőlünk idősebb(?) Sagittarius törpegalaxis bekebelezésekor "élhetünk meg" úgy pár száz millió év múlva, amikor a Sag DEG központi része áthalad a Tejútrendszer galaktikus lemezén, s a hurok alakú ellipszis lassan kör alakú keringési pályára vált, és idővel anyagát elnyeli galaxisunk.

Mivel ez az esemény máris folyamatban van, s a két galaxis anyaga kölcsönhatva egymásra már napjainkban is hullámokat fodroz a csillagvárosok felületén, s mindez szabad szemmel mindezidáig észlelhetetlen maradt, lehet csöndes lefolyású folyamatoknak nézünk elébe. Ám 2-3 milliárd év múlva "mi" leszünk a martalékai a tőlünk legalább kétszer hatalmasabb Androméda-ködnek. Bolygó szintre levetítve ugyan elképzelhető az is, hogy az összes forradalmi változás a Galaxis középpontjához közelebbi csillagok környezetében lesz megrázóbb - a fekete lyukaknak végülis találkozniuk kell, az pedig robajjal fog járni -, de az égi kép rajzolata a közelgő Andromédával, nos, egyedülálló kilátásokkal kecsegtet.

Addig persze bármi is történhet az öregedő Nap körül.

Visszakanyarodva 2020 decemberére: a Galaxis síkja alá és fölé nyúló gigantikus röntgen-buborékokat detektáltak a csillagászok, ahogy az a világsajtón is átfutott, immáron a '90-es évektől számolva a harmadik különbözőt.

Röntgen-felvételen a teljes égbolt: az elmúlt dekádban felfedezett óriási buborék-szerkezetek tisztán kivehetőek, ahogy a Tejútrendszer síkja alá és fölé nyúlnak (kép: Jeremy Sanders, Hermann Bronner, és az eSASS-munkacsoport /MPE/; Eugene Churazov, Marat Gilfanov /az IKI orosz munkacsoportja részéről/)

Kezdetben volt, ugye az Északi Poláris Hurok. Ezt a szerkezetet az 1950-es évek óta ismerik a tudósok, de a távolság meghatározása miatt a mai napig nem tudnak mit kezdeni vele igazán. Nagyban nehezíti az észlelést, hogy az égboltot kitölti egy - nincs mit szépíteni -, jóformán minden irányból, egyenletesen érkező gamma-háttérsugárzás, aminek az előterében optikailag észlelhetetlen buborék-szerkezetek (más meghatározás szerint gomba-szerkezetek) alakultak ki, akkorák, amelyek szintén a teljes látóhatárt befedik, értelemszerűen közelebbi forrásból, a szokványos teleszkópok és gamma- valamint röntgen-érzékelők által befókuszálhatatlan területen.

2008-ban némileg azzal változott a kép, hogy a NASA nemzetközi (francia, német, olasz, japán és svéd) összefogásban fel tudta küldeni az eredetileg Gamma-ray Large Area Space Telescope (nagy látószögű gamma-űrteleszkóp - GLAST) elnevezésű, majd az olasz fizikus, Enrico Fermi (1901-1954) tiszteletére Fermi-re átkeresztelt, két működő egységet (nagy látószögű teleszkóp - Large Area Telescope - LAT és gamma-kitörés detektor - Gamma-ray Burst Monitor - GBM) tartalmazó műszer-együttesét egy Delta II 7920-H hordozórakéta segítségével. Eredeti céljuknak megfelelően a berendezések 95 percenként megkerülve a Földet, a kutatók a világűr irányába fordított teleszkópokkal teljes égboltvizsgálatot voltak képesek végrehajtani, a földi zavaró körülményeket kiküszöbölve, távoli galaxisokat és szupernóva-aktivitást vizsgálva. A később Fermi-buborékokként elhíresült felfedezés előre nem tervezett észlelés eredménye lett, eredetileg a Galaxis tömegének kiszámításához szükséges adatokat gyűjtöttek.

Gamma-felfedezés után a Röntgen-buborékok

Eltelt nagyjából tíz esztendő, a tudományos műszerek továbbfejlődtek. 2019. július 13-án startolt el Bajkonurból az ESA és MPE által fejlesztett, és orosz-német összefogásban készült eROSITA röntgen-műszer a Spektr-RG vagy Spectrum XG (SXG) nevű űrobszervatórium fedélzetén (hordozva egy orosz műszert is ART-XC néven), amelyet az ún. második Lagrange-ponton (L2), a Föld takarásában és vele (tehát nem orbitális, hanem csillagkörüli pályán) együtt keringő, annak a mindenkori Nappal ellentétes oldalán, megközelítőleges nyugalmi pozícióban helyeztek munkába. Az állomás tervezett élettartama 7 év, vizsgálatait a 2-10 keV-os tartományban végzi az elődnek tekinthető ROSAT-missziónál 25-ször nagyobb érzékenységű felbontásban: első esetben 2019. október 17-én lefényképezve az 1987a jelű szupernovát és a Nagy Magellán-felhőt egyéb galaxis halmazok és saját galaxisunk középpontjáról alkotott homályos fénygörbületek rögzítésével, majd 2020. június 11-én elkészítve első teljes égboltfelvételét.

Nem is maradt el az újabb meglepetés. A röntgen felbontásban végzett teljes égboltvizsgálat 1,1 millió kozmikus fényforrás archiválása mellett, egy korábban rejtve maradó szerkezetet fedett fel. A Tejútrendszer központjából kitornyosuló, röntgen sugárzást kibocsájtó, irdatlan nagy gázbuborékokat találtak, melyek méretüknek megfelelően hatalmas távolságra nyúlnak a Galaxis síkja fölé és alá, egyaránt.

Tanulmánykép a Tejútrendszer dupla buborékpárjáról (kép: Peter Predehl)

Egy az egyben beborították a korábban megismert Fermi-gamma-buborékpárt is, ám Peter Predehl (MPE) és munkatársai (Andrea Merloni, Michael Freyberg és sokan mások) szerint nagy a valószínűsége, hogy a két jelenség valamilyen módon szoros összefüggésben állhat.

A peremvidék (más néven a halo vagy van aki glóriának nevezi), a Galaxis síkja felett és alatt, kiváló hely bizonyítékok után kutatni a galaktikus centrum múltbéli zűrös ügyei kapcsán. A Tejútrendszer korongjának más pontjaihoz mérten ez egy relatíve üres vidék, bármilyen nagyobb energiájú, a középpont irányából származó aktivitás könnyen detektálható a kitörésekből származó sokkhullámok formájában, a csillagközi átlagértékekkel összevetve.

Ez volt az a módszer, ahogy a csillagászok értelmezték a Fermi-buborékokat. Mint említettük, a Fermi gamma-űrtávcsővel 2010-ben fedezték fel a galaktikus szerkezetet, mely forró gáz (plazma) és mágneses részecske tartalma mellett attól volt különleges, hogy galaxisunk középpontjából kétfelé kitüremkedve gamma-sugárzást ontott a környezetébe. Ha elképzeltünk egy ellipszis alakú üvegcsékből álló homokórát, nos ez a szerkezet részenként kilenc kiloparszek (29 354 fényév) messze emelkedett a galaxis síkjából mindkét irányba, teljes méretében összesen 18 kpc távolságot közrefogva.

Elképzelések szerint a buborékok bizonyítékul szolgálhatnak a régió múltbéli aktivitására, hiszen a Tejútrendszer centruma manapság csendes, habár máig nem tudjuk, egy pár alternatíva közül, milyen természetű lehetett ez a tevékenység.

Az egyik lehetőség csillagkitörés, vagy szupernova-aktivitás lehetőségét veti fel borzasztó mennyiségű, újabb csillag születését eredményezve. A másik szerint a manapság csendes, szupermasszív fekete lyuk a galaxis közepén, némiképp nagyobb aktivitást mutatott azidőtájt.

Az eROSITA által felfedezett struktúra merőben nagyobb, oldalanként 14 kpc (45 661 f.é) távolságra emelkedik a galaxis középpontja fölé és alá félgömb formákat alkotva.

Az eROSITA elődjével, a ROSAT röntgen-műholddal, a német kutatók részben már készítettek olyan felvételeket, mely felkelthette a tudósok érdeklődését. Bár a ROSAT alacsonyabb felbontású és érzékenységű képein az alakzat csak részben volt kivehető, a Fermi-buborékok felfedezéséhez egyenes út mutatkozott. A két buborékpár közötti kapcsolat az eROSITA eredményeivel tisztulhat ki.

"A Fermi-buborékok és az eROSITA-val kimutatott nagy mérvű röntgen-emisszió között lényegi hasonlóság tapasztalható" jegyezték meg hírlevelükben a kutatók. "Következésképpen arra jutottunk, hogy a Fermi-buborékok és az eROSITA-struktúra fizikai összefüggést mutat, ebből adódóan nevezzük el az utóbbit eROSITA-buborékoknak. A felfedezésünk egyértelműen azonos eredetet igazol a két objektum között."

Annak ellenére, hogy nyilvánvaló összefüggés lehet közöttük, van néhány fontos különbség is a Fermi-buborékok és az eROSITA-buborékok viszonylatában. Az első: a Fermi-alakzat ellipszis formájú, az eROSITA pedig majdhogynem két félgömböt képez. A második: az eROSITA-szerkezet sokkal nagyobb, a Galaxis kiterjedéséhez mérhető - nyilatkozták az asztrofizikusok.

Felfedeztek még két feltűnő szerkezeti sajátosságot az eROSITA-buborékokban. A képződmény külső pereme élénk világos a röntgen tartományban, ami azt mutatja, hogy a jelenlévő gázok hőmérséklete jelentősen magasabb a környezetüknél. Azonos tulajdonságú, mint ahogy a lökéshullámok terjednek a galaktikus peremvidéken keresztül, tovább igazolva a buborékok kialakulásának magyarázatul szolgáló kozmikus eseményt.

A másik sajátosság a buborékpárok belső struktúráját érinti. A tudósok úgy jellemzik ezt, mint "kontaktus diszkontinuitás"-t, tehát a buborékok úgy fújódtak fel, hogy közben nem került csillagközi kilökődés a Fermi-buborékok peremén túlra, a buborékok szerkezetükben nem érintkeznek és a közrefogott galaktikus anyag tulajdonságai eltérőek (lásd: gamma- és röntgen-sugárzás vélhető eredete).

Az ugyanazon esemény által keletkeztetés gondolata egyelőre még korlátokkal bír a Fermi-buborékok létrejöttére, mivel az eROSITA-buborékok felfújódása jelentősen több energiát igényelt. Talán például csillagkitörés történhetett, az tolta, feszítette szét az eROSITA-buborékokat, de azoknak folyamatosan az aktivitás okozta energia határpontján kellett maradniuk, felületi egységük nem szakadhatott meg.

Másrészről viszont, nyugalomban épp egy aktív galaktikus nukleusz (egy középpont) energia tartományán belül maradhatnak - egy szupermasszív fekete lyuk hatása alatt, amely aktívan nyel magába anyagot az akkréciós korongból, miközben annak egy részéből erőteljes visszacsapódás képződik jetek (kilövellések) és csillagszelek formájában. Dilemma, hogy a csillagképződéssel járó szupernova-aktivitás is elegendő energiát termelhet. A lényeg, hogy egybenmaradásukhoz valahonnan energiára van szükségük. Az pedig egyelőre rejtély, honnan.

Akárhogyis, az új felfedezés jónéhány érdekfeszítő információval szolgált számunkra. Például, a galaxisokról azt gondolják, hogy a sötét anyaggal telt peremvidékük összeomlása során felmelegedő majd visszahülő plazma kondenzanyaga révén növekedhetnek. Az eROSITA-buborékok közvetlen bizonyítékot jelentenek arra, hogy a gáz visszamelegedhet/visszamelegíthető.

Újabb kontextusba kerültünk a régóta ismert Északi Poláris Hurokkal is, az északi égbolton megjelenő forró, világos röntgen-színképű buborék-szerkezethez. Ez az objektum mindezidáig roppant nehezen volt meghatározható, nem lévén ismeretünk arról, milyen távol lehet. Néhány csillagász ezt is szupernova-aktivitáshoz és csillagszületéshez társította viszonylag közeli távolságban. Mások sokkal távolabbinak képzelik, egy Galaxis középponti kilövellés eredményeként. Az MPE munkacsoportja egyértelműen hasonlónak tartja azt is az eROSITA-buborékokhoz.

"Korábban nem lehettünk biztosak abban, hogy a tudományos körökben Északi Poláris Huroknak elnevezett forró képződmény a Galaxis centrumából lövellt-e ki, vagy egészen egyszerűen egy olyan, milliárd évekkel ezelőtt kialakult szerkezet volt-e, talán egy szupernova robbanás eredménye, ami kellő időben és megfelelő szögből rátekintve kelthette azt a benyomást, hogy egy még mindig egységes gázbuborékot látunk. Az új felfedezésekkel viszont biztossá vált, hogy az első meglátásunk az igaz, de még mindig nem tudjuk, miért sűrűbb az "északi" fele a "déli"-nél?" vetette fel a kérdést a 48 éves olasz kutató, Andrea Merloni.

Az eROSITA alkotta kompozit képen kék színűek a röntgen érzékelés nyomai, és vörös színben tündöklik a gamma színsávban érzékelhető valóság (kép: Peter Predehl)

Hosszabb és közelebbi rátekintést nyerve az óriási szerkezetekre - nem csupán a röntgen tartományban, de más berendezésekkel is - segítséget találhatunk magyarázatra lelni jelentős kérdésekre. Van még 6 évünk rá. És, ha a tudományos megfigyelésekkel nem jutnánk tovább, remélhetőleg még mélyebbre mutató kérdésekre találhatunk.

További eredmények a Gaia segítségével

A Tejútrendszert ostromló tudományos kutatások értelemszerűen nem zárulnak le az eROSITA eredményeivel, máris itt az ideje az ESA által fejlesztett Gaia adatainak (természetesen már nem buborék-specifikus) értékelésére.

Az L2-nél, az eROSITA közelében működő (ez eléggé kedvenc helye az űrkutatóknak) vagy működött (2013-ban startolt, 5,5 év élettartamra tervezett) Gaia adatait még 2022-ben is elemezni fogják a szakemberek. Feladata a Tejútrendszer 3D részletességű feltérképezése. 2020-ban publikált harmadik katalógusa, a Gaia Early third Data Release (EDR3) 1,8 milliárd fényforrásra vonatkozó adatot tartalmaz.

Ahogy az értékelésekből kitűnik, a Gaia továbbvizsgálta a Tejútrendszer anticentrumát is. A peremvidéken, különböző korú populációkhoz tartozó csillagok viselkedését elemezték (helyieket és bevándorlókat egyaránt), s eszerint Galaxisunk átmérője folyamatosan nő. Ez is igazolni látszik azt a korábbi feltételezést, hogy éppen bekebelezzük a veszélyes közelségbe került szomszédainkat. Miközben a Tejútrendszer felfalja a kis Sagittariust - a vízbe dobott kő keltette hullámokhoz hasonlóan -, a törpegalaxis jócskán belezavar a peremvidéken található csillagok egy részének mozgásába. Mindez már 300-900 millió évvel ezelőtt elkezdődött, s tartani fog még pár száz millió éven át.

F o r r á s o k :

- "Astronomers Detect Giant X-Ray Bubbles Expanding Above And Below The Galactic Plane" by Michelle Starr (sciencealert.com) 9 December, 2020
- "The Milky Way's Black Hole Burped Out Two Colossal X-Ray Bubbles" by Leah Crane (www.newscientist.com) 9 December, 2020 - Journal reference: Nature, D01: 10.1038/s41586-020-2979-0
- "Giant Glowing Bubbles Found Around Milky Way" by Rachel Courtland (www.newscientist.com) 2 June, 2010 (arxiv.org/abs/0910.4583-1005.5480)
- "Fermi Bubbles" fermi.gsfc.nasa.gov/science/constellations/pages/bubbles.html
- "Hatmillió éves buborék árulkodik a Tejútrendszer hiányzó anyagáról" írta: Kovács József (www.csillagaszat.hu) 2016. augusztus 31. (Astrophysical Journal - Science Daily 2016-08-29)
- "Óriási gázbuborékot fedezett fel az eROSITA űrteleszkóp" hvg.hu/tudomany (MTI) 2020. december 15. HVG Tech
- "'Gamma-buborékok' a Tejútrendszer fölött" írta: Frey Sándor (www.urvilag.hu) 2010. november 12.
- "Amikor gigászi karácsonyfaként izzott az ég.." írta: Ambrus András (hamuesgyemant.hu) 2020. július 13.
- "The Milky Way Galaxy" by NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)(solarsystem.nasa.gov) published: November 8, 2017 - Updated: May 4, 2018
- "A spirálkarok" forrás: astro.u.szeged.hu (Szegedi Csillagvizsgáló)
- "A tíz legjelentősebb csillagászati és űrkutatási sztori 2020-ból" írta: Barna Barnabás (csillagaszat.hu) 2020. december 31.
- "THE NOBEL PRIZE - All Nobel Prizes" by www.nobelprize.org
- "A Tejútrendszer anticentruma" (www.urvilag.hu) 2020. december 13.
- "VGSF - Beyond Heaven's River" by Greg Bear (Fényévnyi magány - ford. Landorhegyi Zoltán) SF novel - Fourth impression reprinted in 2004 (Australian Edition) - ISBN: 0-575-04089-0
- "Galaxy-Size Bubbles Discovered Towering Over The Milky Way" by Charlie Wood (quantamagazine.org) January 6, 2021