Szupernóvák hozták a meglepetést a világűr anyagi összetételéről

2017.11.14. 10:22

Egy magyar részvétellel zajló amerikai–japán kutatás eredményei szerint egyes kémiai elemek olyan arányban fordulnak elő a galaxishalmazokat kitöltő gázokban, mint a Napban. Vagyis a világűr átlagos vegyi összetétele – a mangánt, nikkelt, vasat és krómot illetően – megegyezik a mi Napunk összetételével.

2016 februárjában állították pályára a Hitomi röntgencsillagászati műholdat, amely fejlett színképelemző berendezésével (Soft X-ray Spectrometer, SXS) a korábbinál jóval részletesebben vizsgálta az égbolt röntgensugárzását. Sajnos a Japán Űrügynökség (JAXA) és a NASA együttműködésével zajló küldetés csak egy hónapig tartott a műhold váratlan meghibásodása miatt. Mégis, a mostani eredményekről szóló beszámoló már a második cikk a Nature-ben, és továbbiak is várhatók. 

A Hitomi színképelemző berendezése (Soft X-ray Spectrometer, SXS)

Forrás: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)

A programnak magyar résztvevője is van, Werner Nobert asztrofizikus (ELTE-MTA Forró Univerzum Kutatócsoport) személyében, aki a Perseus-galaxishalmaz megfigyelésének a megtervezésében vett részt. A 240 millió fényévre lévő Perseus a röntgentartomány legfényesebb galaxishalmaza, amely a nevét adó csillagképben helyezkedik el. Több ezer galaxist tartalmaz, a galaxisok közötti teret pedig ritka, forró gáz tölti ki. Ez a kb. 50 millió fokos intergalaktikus gázanyag a galaxishalmaz röntgenkibocsátásának forrása.

A Hitomi röntgentávcső egyik legnagyobb erénye valóban a felbontásában, azaz a megfigyelések részletességében rejlett. A műszernek ugyanis harmincszor volt jobb a spektrális felbontása, mint korábban bármelyik másik detektornak. Márpedig ha egy műszer legalább tízszer pontosabban tud mérni a korábbiaknál, a kutatás szinte biztosan új felfedezésekhez vezet" – mondta Werner Nobert.

Meglepő felfedezés

A Hitomi egyik legfontosabb felfedezése, hogy a szupernóvák által termelt és szétszórt kémiai elemek közül a nikkel, a vas, a króm és a mangán ugyanolyan arányban vannak jelen a Perseus-galaxishalmazt kitöltő gázban, mint a Napban. Ez arra utal, hogy a Napnál sokkal korábban keletkezett Perseus-galaxishalmaz ugyanazon a kémiai evolúción és csillagképződési folyamaton ment keresztül, mint a Naprendszer.

A Hitomi röntgencsillagászati műhold fantáziaképe

Forrás: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)

„Ez azért nagyon meglepő, mert amit a galaxishalmazokban mérünk, az tulajdonképpen a világűrre jellemző átlagos vegyi összetétel. A galaxishalmazokat kitöltő gáz ugyanis tartalmazza az összes vegyi elemet, amit a szupernóvák hoztak létre a világegyetem története során. Az pedig nem volt nyilvánvaló, hogy ez az átlagos koncentráció jellemezze a Napunkat is. Mégis úgy tűnik, hogy a Napnak és a galaxishalmazoknak megegyezik az összetétele. Fontos megjegyezni, hogy ez a hasonlóság az egyes elemek közötti relatív koncentrációra, eloszlásra, arányokra igaz, a Nap abszolút fémtartalma valamivel magasabb" – mondta Werner Norbert.

Habár ez csupán egyetlen példa, nincs kétségem afelől, hogy ez a hasonlóság más galaxishalmazokra is igaz" – mondta Kyoko Matsushita, a Tokiói Tudományegyetem fizikaprofesszora.

Szupernóvák két altípusát fedezték fel

Werner Norbert elmondta, hogy a küldetés a szupernóva-kutatás szempontjából is kiemelkedő eredményeket hozott. A megfigyelések során ugyanis a Hitomi az Ia típusú szupernóvákban képződő elemek koncentrációját mérte. Az Ia típusú szupernóvák a csillagfejlődés egyik végső állapotát jelentő fehér törpék (ilyen égitest lesz a Napból is 5-10 milliárd év múlva) robbanásával keletkeznek.

Az egyik elfogadott modell szerint, ha a fehér törpének társcsillaga is van (kettős rendszer), akkor elszívja annak anyagát, így a tömege növekszik. Amikor a fehér törpe tömege eléri az 1,4 naptömeget (Chandrasekhar-határ), akkor bekövetkezik a szupernóva-robbanás: a fehér törpe termonukleáris reakciók következtében felrobban.

Mivel az Ia típusú szupernóvák után nem marad sem neutroncsillag, sem fekete lyuk, a bennük lévő kémiai elemek szétszóródnak a környező világegyetemben. Becslések szerint az Ia típusú szupernóvák termelték, illetve termelik a világegyetemben található vas és nikkel 80 százalékát.

A Hitomi színképelemző berendezés által mért adatok

Forrás: NASA's Goddard Space Flight Center

Egy másik modell szerint azonban két 1,4 naptömegnél kisebb fehér törpe összeolvadásából is kialakulhat Ia típusú szupernóva-robbanás, ha az összeolvadás után együtt elérik a Chandrasekhar-határt. Ilyenkor azonban más arányban keletkeznek az említett kémiai elemek (nikkel, vas, króm és mangán), mint az első modell esetében.

Az intergalaktikus gázból mért adatokból megállapítható, hogy az adott arányok melyik keletkezési modellnek felelnek meg. A mérések alapján kiderült: mindkét modell szerint keletkeznek Ia típusú szupernóvák, és mindkét folyamat ugyanolyan gyakorisággal fordul elő. „Az eredmények jelentőségét az adja, hogy a kozmikus távolságmérésben fontos szerepet betöltő Ia típusú szupernóvák nem homogén szupernóvacsaládot alkotnak" – mondta Werner Norbert.

Forrás: mta.hu