Előfizetés a lapra

Egymilliárd csillag nyomában

A hét kutatója, csillagászat, fizika, interjú, OTKA

2014/02/13

Az Európai Űrügynökség egy hónapja, december 19-én elindított asztrometriai űrszondája, a Gaia öt év alatt egymilliárd csillag pozícióját fogja megmérni rendkívüli pontossággal. Erre azért van szükség, mert a csillagok fizikai tulajdonságainak megismeréséhez pontos távolságukat kell először megállapítani. A projektben az MTA CSFK Konkoly Intézet munkacsoportja is részt vesz. Magyar alapkutatókat bemutató sorozatunkban vezetőjükkel, Szabados László csillagásszal beszélgettünk a részletekről.

– Mi vonzotta az asztrometria területére?

– A csillagászat már általános iskolás koromban is érdekelt. A Kulin György vezette Uránia Csillagvizsgálóban Ponori Thewrewk Aurél szakkörébe jártam. Csillagász akartam lenni, és amikor 1971-ben elvégeztem az ELTE-n a geofizikus-csillagász szakot, rögtön az MTA Csillagvizsgáló Intézetébe kerültem. A cefeida típusú változócsillagok vizsgálatába kezdtem, mert azok nagyon érdekes és fontos objektumok, ugyanis az univerzum távolságskáláját nem kis részben a cefeidák alapján határozzák meg. A cefeidák fényességüket, színüket és átmérőjüket néhány napos vagy hetes periódussal változtató, jellemzően 3-10 naptömegű szuperóriás csillagok. A pulzáció a csillag sajátrezgése, emiatt a periódus összefügg a cefeida méretével, tömegével és fényteljesítményével, így ezeket a csillagokat viszonyítási pontként lehet használni az őket tartalmazó csillaghalmaz vagy galaxis távolságának meghatározásánál. Az e módszerrel számított távolságok a lehető legpontosabbak.

– Van-e köze a cefeidáknak ahhoz, hogy részt vesznek a Gaia-programban?

– Tulajdonképpen a cefeidák tereltek az asztrometria irányába. Ez nem hoz olyan látványos eredményeket, mint az exobolygók kutatása, viszont lényegében a csillagászat alapja. Ahhoz, hogy egy égitestről érdemben nyilatkozni tudjunk, ismernünk kell a távolságát. A látszó fényességből nem lehet megmondani, mennyi fényt bocsát ki, ahhoz tudni kell, hogy milyen messziről sugároz.

 De a távolságot közvetlenül csak a közelben, a Naprendszerben tudjuk mérni, kijjebb már nehézségekbe ütközünk. A közeli csillagok parallaxisát még hagyományos háromszögeléses módszerekkel közvetlenül is meg lehet határozni, s ily módon kalibrálni lehet a közeli cefeidák periódus-fényesség összefüggését is.

 Az Európai Űrügynökségnek volt egy korábbi missziója, a Hipparcos. Ez volt az első asztrometriai mesterséges hold. 1989 és 1993 között nagyon pontos pozíciókat és égi mozgásokat mértek meg a segítségével. Pályázni lehetett, hogy milyen csillagokat vegyenek fel a programba, én a fényesebb cefeidákat javasoltam. Amikor véget ért a Hipparcos mérési programja, megkaptam a mérési adatokat, hogy dolgozzam fel a magam szempontjai szerint. Akkor hívtam fel a figyelmet arra, hogy a kettős rendszerbe tartozó cefeidák kísérőcsillagai meghamisítják a Hipparcos pozícióméréseiből az égi mozgások alapján számított cefeidatávolságokat.

– Mit várnak a Gaiától, mennyivel fog többet tudni, mint a Hipparcos?

– A Hipparcos az akkori műszaki és számítástechnikai szintnek megfelelően 118 ezer kiválasztott csillag helyzetét, mozgását mérte meg, viszonylag egyenletesen lefedve az égboltot. Az adatok feldolgozása után kiderült, hogy a Hipparcos mérési pontossága még nem elég. De a misszió megmutatta, hogy milyen jelentősége van az asztrometriai űrszondáknak, és amikor 1997-ben közreadták a Hipparcos katalógusát, már javában lobbiztak, hogy legyen folytatása. Ez lett a Gaia misszió.

 Meg is határozták azokat a paramétereket, amelyeket a Gaiának teljesítenie kell. Hogy ezt hogyan érik el, akkor még senki nem tudta. Kiadták a mérnököknek a feladatot, hogy van rá tíz évetek, tessék kidolgozni, megvalósítani! És az meg is történt. A Gaia szkenneli az eget. Egy nagy felületű, kis pixelméretű CCD-kamera előtt végigvonulnak a csillagok, és az átvonulás idejét és helyét pontosan meghatározzák. A programban minden csillag szerepel, amit az égbolton lát kb. 20 magnitúdóig, így egymilliárd csillag adatait fogja megmérni pontosan.

 A Hipparcos néhány ezred ívmásodperc pontossággal mért, összehasonlításképpen a telihold látszó átmérője körülbelül 1800 ívmásodperc! A Gaia mérési pontossága majdnem eléri a milliomod ívmásodpercet. Ekkora szög alatt látszik egy emberi hajszál vastagsága 10000 km-ről. A Gaia átlagosan napi 40 millió észlelést hajt végre, 5 év alatt 1 petabyte-nyi (1 millió GB) adatot gyűjt össze, amennyi kétszázezer DVD-n férne el.

 Ahhoz azonban, hogy jellemezni tudjuk egy objektum a térbeli helyzetét és mozgását, nem elég a koordináták, a távolság és az égbolton való elmozdulás ismerete. Tudni kell azt is, hogyan mozog látóirányban. Ezt a radiális sebesség mérésével határozzák meg a csillagászatban. A Gaián olyan eszköz is lesz, amely km/s pontossággal méri a vizsgált objektum látóirányú mozgásának sebességét a színképvonalak Doppler-eltolódásából. Miután a spektroszkópiához sok fényre van szükség, ezért a spektrométer 15 magnitúdós határig tud majd mérni. A Gaia meghatározza több százmillió csillag helyzetét és térbeli mozgását, ezért mondják, hogy 3D-s térképet fog készíteni a Tejútrendszerről.

 A Hipparcos a Föld körül keringett, a Gaia viszont a Nap?Föld-rendszer egyik librációs pontja körül fog, 1,5 millió km-re a Földtől, ami persze nehézségekkel jár. Ilyen távolságból kell az adatokat küldenie, pályakorrekciókat elvégezni, nagy pontossággal meghatározni a pillanatnyi helyzetét. Előnye, hogy a Földtől olyan távol stabil a hőmérsékleti környezet, ami nagyon lényeges ahhoz, hogy egészen parányi szögkülönbségeket lehessen mérni.

 A Gaia két kamerája egymással 106,5 fokos szöget bezáró irányokba néz majd. Miközben az űrszonda lassan, 6 óránként egyszer megfordul a tengelye körül, a kamera végigpásztázza az égboltot. A Föld és vele együtt az L2 pont környékén működő űrszonda Nap körüli keringése következtében lassan elfordul a tengelye, így az egész égboltot letapogatják az érzékelők. A Gaia digitális kamerája 106 darab CCD-ből áll, így a felbontása 900 megapixel.

 Az adatok kiértékelésekor a mért pozíciókat összehasonlítva kimutatható a csillagok úgynevezett parallaktikus elmozdulása, amiből kiszámítható a távolságuk. Földi távcsövekkel ezzel a módszerrel a légkör zavaró hatása miatt csak néhány száz fényévig lehet távolságot mérni. Ezzel szemben a Gaia adataiból a több tízezer fényévre levő csillagok távolsága is kiszámítható a hihetetlenül pontosan mért pa­rall­ak­tikus elmozdulásokból.

– Mi a szerepe ebben a programban? Most is pályázniuk kellett?

– Nem, most nem kellett pályázni, mert egyszerűen adva volt, hogy 20 magnitúdóig minden csillagot megmér, méghozzá 5 év alatt átlagosan 70 alkalommal. A Gaia indítását megelőzően már évek óta az adatszimulációkban, előzetes számításokban működünk közre. Van egy kb. 400 fős konzorcium, amelynek tagjai ilyen jellegű tudományos kutatásokban, azaz a Gaia tudományos programjának az előkészítésében vesznek részt. E konzorcium tagjaiként a cefeida típusú változócsillagok fotometriai és fizikai jellemzőit kutatjuk, hogy minél több fizikai tulajdonságukat meg lehessen határozni a Gaia mérési adataiból.

 Én azzal kerültem be a Gaia tevékenységi körébe, hogy elültettem a bogarat az asztrometria néhány vezető kutatójának a fülébe, hogy a kettős cefeidáknál meg kell határozni a kísérők hatását. Korábbi eredményem szerint ugyanis a cefeidák legalább felének van kísérőcsillaga, és több tucat olyan közeli cefeida van, amelyeknél a kísérő objektumot észlelni is lehet. Ezek segítségével pontosítható a periódus-fényesség reláció, a kozmikus távolságmeghatározás egyik legfontosabb alapköve.

 TRUPKA ZOLTÁN

2014/4