Előfizetés a lapra

Gömbhalmazok kincsei

asztrofizika, csillagászat, gömbhalmaz, interjú, spektrum

2014/05/13

Fantasztikus látványt nyújtanak a gömbhalmazok távcsövön keresztül: szikrázó gyémántként ragyognak a bársonyfekete égbolton. Több tízezer csillagot is tartalmazhatnak ezek a csillagtársulások, így valódi kincset rejtenek a tudósok számára: a galaxisok kialakulásának ma még kevéssé ismert részleteire adhatnak választ. Mészáros Szabolcs jelenleg az USA-ban, az Indiana Egyetemen vizsgálja a gömbhalmazok kémiai összetételét. Vele beszélgettünk arról, hogyan tudunk következtetni csillagaik színképéből a gömbhalmazok, sőt az egész Tejútrendszer történetére.

– Mikor kezdett el először gömbhalmazokkal foglalkozni?

– Gyerekkorom óta foglalkoztat a csillagászat, 13 évesen már megfigyeléseket végeztem a szüleimtől kapott távcsővel, és a gömbhalmazok voltak az egyik első észlelési célpontjaim. Mindig is érdekelt, hogy miből épül fel a Tejútrendszer és miért olyan a Világegyetem, amilyen, ezért 1999-ben jelentkeztem Szegedre, a JATE csillagászati szakára. 2004-ben végeztem, majd 2005-től 2008-ig a Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (Cambridge, USA) predoktori programjában vettem részt. A gömbhalmazokban található óriáscsillagok tömegvesztésének meghatározásán dolgoztam. Az Arizonában található 6,5 méter átmérőjű MMT-távcsőre nyertünk több hét távcsőidőt. Az M13, az M15 és az M92-es gömbhalmazról készítettünk nagy felbontású spektrumokat, a H-alfa, illetve a kalcium H- és K-vonalairól. Az emissziós, tehát a kibocsátási vonalak elméleti modellezéséből gyakorlatilag össze lehet állítani egy csillaglégkör-modellt, amelyből megállapítható, hogy egyes részei milyen sebességgel mozognak. Ebből pedig ki lehet számolni, hogy évente mekkora tömeget veszítenek.

– Részt vesz az első teljes körű spektroszkópiai égboltfelmérésben. Milyen munkát végez ebben?

– Az első posztdoktori munkámat 2010 nyarán Tenerifén, a Kanári-szigetek Asztrofizikai Intézetében (IAC) kezdtem el, az APOGEE Égboltfelmérő Programban. Közel százezer csillag megfigyelése a feladat, melyekről az 1,5 és 1,7 mikron közötti infravörös tartományban nagy felbontású spektrumokat kellett készíteni. (Színképükből a csillagok szinte minden tulajdonságát meg lehet tudni.) A célpontok úgy lettek kiválasztva, hogy a Tejútrendszer összes alkomponenséből legyenek csillagok. Tehát a diszk, a haló, a mag környezete, illetve különböző csillaghalmazok, nyílt- és gömbhalmazok is szerepelnek benne. A program 2011 júniusában kezdődött és 2014 júliusáig tart, de már idén februárban megtörtént a százezredik csillag észlelése. Az APOGEE célja ezzel a Tejútrendszernek és alkomponenseinek pontosabb megismerése, fejlődési történetének feltárása, és ehhez pontosan kell ismerni a csillagok fizikai paramétereit.

 Nekem itt főleg technikai jellegű munkám volt. A spektrumokból meghatároztuk a csillagok effektív hőmérsékletét, a felszíni gravitáció mértékét, fémtartalmat, a szén, a nitrogén és az alfa-elemek gyakoriságát. (A szakzsargonban a hidrogénen és héliumon kívül minden elemet „fémnek” neveznek.) Ahhoz, hogy mindezt el tudjuk végezni, írni kellett egy komplex algoritmust, ami automatikusan végigmegy az összes csillagon, és színképüket összehasonlítja elméleti, szintetikus spektrumokkal. Ehhez viszont létre kellett hoznom egy nagyméretű adatbázist, amiben közel 800 ezer, különböző paraméterrel rendelkező modellcsillag atmoszféráját számoltam ki. Erre építve ki tudtuk számolni a csillag szintetikus spektrumát, melyet össze lehetett hasonlítani a megfigyelt spektrummal. Mivel a szintetikus színképek fizikai paramétereit pontosan ismerjük, az összehasonlításból meghatározhatjuk a csillagok paramétereit. Ezeket az eredményeket természetesen kalibrálni kellett, aminek nagy részét szintén én végeztem. Az ellenőrzött és kalibrált eredmények már alkalmasak tudományos következtetések levonására. Az első tudományos eredmények publikálása így 2013-ban kezdődött meg.

Csillagok színképe 6 gömbhalmazból. A halmazok fémtartalom szerint vannak sorba rendezve, az M15 a legfémszegényebb. Jól látható, ahogy a fémtartalom növekszik, a színképvonalak egyre erősödnek.

 Az ösztöndíjam tavaly szeptemberben ért véget Tenerifén és pályáztam a bloomintoni Indiana Egyetemre. Itt folytatom a korábbi munkámat és elkezdtem egy, az APOGEE-hez hasonló, de másik nagy felbontású égboltfelmérő programon, a Gaia-ESO-n dolgozni. (Erről a programról szól a Szabados Lászlóval készült beszélgetés lapunk 2014/4. számában. - A szerk.)

– Az Indiana Egye-temen milyen kutatásokat végez?

– Az APOGEE adataiból a gömbhalmazok csillagainak kémiai összetételét határozom meg. Egészen a 2000-es évek elejéig mindenki úgy gondolta, hogy a gömbhalmazok csillagai egy időben születtek és fémtartalmuk ugyanakkora. De az utóbbi években kiderült, hogy mégsem így van. A fotometriai és spektroszkópiai vizsgálatok is azt mutatják, hogy különböző populációk vannak egy-egy halmazon belül is, tehát a csillagok különböző időpontokban keletkeztek. Az APOGEE az első évben 10 gömbhalmazt észlelt, és ezek közül néhány kémiai összetételét korábban nem is vizsgálták. Mostani munkám során éppen ezekkel foglalkozom, főképp a szén–nitrogén és a magnézium–alumínium arányát vizsgálom, mert ezekből lehet következtetni arra, hogy az adott gömbhalmazban lévő csillagok milyen evolúciós fázison mentek keresztül.

– Hogyan lehetett ezt kideríteni?

– A csillagok energiatermelésük során hidrogénből héliumot gyártanak. Ennek többféle ciklusa van, de mindegyik lényege, hogy 4 darab hidrogénatommagból lesz egy héliumatommag. A CNO-

ciklus az egyik leggyakoribb ilyen folyamat, ebben a hidrogén szén, nitrogén, oxigén segítségével alakul át héliummá. A fémszegény csillagokban a CNO-ciklus során az elemek egy része felkeveredik a csillag felszínére és megfigyelhetővé válik. Az úgynevezett alfa-elemek (például neon, magnézium, szilícium, kén) már a hélium fúziója során jönnek létre. Ezeknek az elemeknek a jelenlétét és mennyiségét is a megfelelő színképvonalak árulják el, melyeket az APOGEE által készített színképekben meg tudjuk figyelni.

– Hogy lesz ebből a Tejútrendszer?

– Galaxisunk létrejöttekor, tehát 10-12 milliárd évvel ezelőtt még sok 100–150 naptömegű csillag keletkezetett, de ezek (csillagászati időskálán nézve) pillanatok alatt elégették hidrogénjüket, majd a héliumfúzió során alfa-elemekben gazdag felhőket hoztak létre. Ezekből alakultak ki a következő generációs csillagok, amiket ma is látunk a gömbhalmazokban. A második generációs csillagok már tartalmazzák az előző generáció által termelt nehezebb elemeket. Az energiatermelő folyamatok során keletkező jellegzetes elemek, mint a nátrium, oxigen, szén, nitrogén, magnézium és almunínium elemgyakorisága különböző lesz egy első és egy második generációs csillag légkörében egy gömbhalmazon belül is.

Az M13 jelű gömbhalmaz a Herkules csillagképben található, és már kis távcsövekkel is nagyon szép látványt nyújt. A Hubble-űrteleszkóp felvétele.

 Az APOGEE nemcsak a gömbhalmazokat és a halót észleli, hanem a galaxisunk többi részét is. A Tejútrendszer történetét úgy tudjuk felvázolni, ha megnézzük, hogy a különböző elemek gyakorisága hogyan változik attól függően, hogy az adott csillag hol van a galaxisunkban. Például a haló csillagai fémszegények, mivel ott eredetileg kevesebb anyag állt rendelkezésre, ezért kevés nagy tömegű csillag jött létre. A mi Napunk a diszkben található, mely fémgazdagabb terület, itt több a magasabb rendszámú elem. A Földön található összes nehézelemek egy része a Világegyetem születése utáni első szupernóva-robbanások révén jött létre. Más részüket pedig a gömbhalmazokban lévő fémszegény csillagokhoz hasonló csillagok hozták létre több milliárd évvel ezelőtt az élethez nélkülözhetetlen oxigént és szént is.

 TRUPKA ZOLTÁN

2014/17