Előfizetés a lapra

Hogyan fagyott meg a Hale-Bopp magja?

csillagászat, Hale-Bopp, OTKA, pályázat, üstökös

2014/01/09

A bolygókeletkezésre vonatkozó elméletek egyik izgalmas feltevése szerint várható, hogy a fiatal naprendszerekben akár milliós létszámban találunk óriás üstökösöket. Ezek a feltételezett jeges égitestek 50 kilométernél nagyobb átmérőjűek, összetevőik között megtaláljuk a primitív szerves anyagokat is, emellett pedig központi csillaguk körül keringve a bolygótestek között nagy mennyiségű víz vagy légköralkotó komponensek (például nitrogén) szállítására képesek.

A közelmúlt érzékeny csillagászati megfigyelései néhány közeli, fiatal csillagot övező törmelékkorongban megerősítették a folyamatosan „párolgó” óriás üs­tö­kös­magok létét, ám a pontos megismerést korlátozza, hogy a mi Naprendszerünkben alig ismerünk hasonló égitestet. A földfelszíni és űrszondás mérések által felderített üs­tö­kösmagok jellemzően 5–8 km átmérőjűek, ezért a rájuk vonatkozó ismereteink nem alkalmazhatóak a fiatal naprendszerek akár 100 kilométeres átmérőt elérő óriásaira. Eddig egyetlen égitestet ismerhettünk meg közelről, amely betekintést enged az óriás üstökösök világába: ez az elmúlt évszázad szinte összes rekordját megdöntő Hale-Bopp-üstökös. Mivel Naprendszerünk óriás üstökös-populációja mára már nagyon megritkult, nagyjából 1-2 évszázadonként járhat a Föld közelében hasonló, az Oort-felhő jeges rezervátumából származó hatalmas üstökösmag.

FORRÁS: GERALD RHEMANN

Kométa-szörnyeteg

Azonban a Hale-Bopp kutatása is váratlan nehézségekkel kezdődött: már az 1995-ös felfedezéskor sűrű kóma vette körül az égitest magját, ezért kizárólag a Hubble-űrtávcsővel lehetett nagyjából elkülöníteni a szilárd magot és a poros-gázos kómát. Ekkor derült ki, hogy igazi üstökös-szörnyeteget talált a két amerikai felfedező, mivel a becsült magátmérő 50-60 kilométer volt. Ugyanakkor a mag valódi fizikai paramétereit a kómán át végzett megfigyelésekből csak nagyon pontatlanul lehetett meghatározni. Egy üstökös szerkezetét és fejlődését leginkább az határozza meg, hogy milyen méretű, tömegű, szerkezetű, illetve milyen felszínű a Nap körüli pályájának döntő részében kifagyott, aktivitástól mentes jeges mag. A XX. század egyik legnagyobb szakmai érdeklődést kiváltó üstökösénél alapvető kérdés volt, hogy a Naptól egyre távolodva mikor éri el a mag a teljes kifagyás állapotát, amikor lehetségessé válik a kóma zavaró hatásától mentes közvetlen megfigyelés.

 Magyar kutatók egy csoportja 2007-től követte a még tíz évvel napközelsége után is poros kómával övezett Hale-Bopp-üstököst. Az addigra 26 csillagászati egység távolságig jutott üstököst először az ausztrál Siding Spring-i Obszervatórium 2,3 méteres teleszkópjával észlelték 2007 augusztusában, amikor még a Jupiterhez hasonló méretű sűrű kóma vette körbe az üstökösmagot. Ebben az óriási naptávolságban az aktivitás legvalószínűbb oka a szén-monoxid szublimációja, hiszen a víz már 5-6 csillagászati egység távolságban teljes mértékben kifagy. Három évvel később az Európai Déli Obszervatórium (ESO) chilei, 2,2 méteres MPG-teleszkópjával folytatták a megfigyelést, amikor a Hale-Bopp naptávolsága már 30,7 csillagászati egységre nőtt. Ekkor nem volt egyértelmű a kóma jelenléte, így a kutatócsoport 6 órányi távcsőidőt pályázott az ESO egyik 8,2 méteres óriásteleszkópjára. A 2011 októberében elkészült nagy határfényességű felvételeken egyértelműen csillagszerű volt a Hale-Bopp képe, így a felszíni aktivitás 2011-re biztosan megszűnt, az üstökös a Neptunusz bolygó távolságában (30-32 csillagászati egység) „halálra fagyott”.

A látványos felvétel forrása: Gerald Rhemann osztrák asztrofotós (www.astrostudio.at)

A Hubble-archívum titkai

A régóta várt állapot felismerését követően a kutatók folytatták az események rekonstruálását immáron nem új felvételek készítésével, hanem a Hubble-űrtávcső archívumának átvizsgálásával. Kiderült, hogy a Hubble időről-időre felvett képein 2009 szeptemberében végleg eltűnt a kóma, azaz a teljes kifagyás valamikor 2007 és 2009 között megtörtént. Ebből azonban még nem lehetett pontosan meghatározni az átmérőt, mert nem volt ismert a felszín fényvisszaverő képessége (albedója). A parányi égitestek látszó fényessége akkor váltható át átmérővé, ha ismert a visszavert napfény mennyiségét meghatározó albedó. A magyar kutatók hatékony trükkel éltek: a látható fény tartományában készült képeket kombinálták a Herschel infravörös űrteleszkóp adataival, amelyek 2010 nyarán készültek. Míg az optikai tartományban a megfigyelhető fényességet az albedó és átmérő kombinációja határozza meg, addig a hősugarak tartományában a legerősebb hatású paraméter az átmérő: minél nagyobb a hőmérsékleti egyensúlyban levő objektum, annál nagyobb felületen képes sugározni az infravörös tartományban, azaz annál „infrafényesebb” lesz.

A Hale-Bopp-üstökös nagytávcsöves galériája. Balról jobbra: két felvétel a Hubble-űrtávcsővel 1995-ből és 2009-ből; egy infravörös kép a Herschel-űrtávcsővel 2010-ből; két optikai CCD-kép 2011-ből, a chilei 8,2 m-es VLT-vel.

 

Deresedő égitest

Az igazi meglepetés az adatok gondos elemzése után érte a kutatókat. Az optikai és infravörös fényességeket termális és geometriai modellezéssel átváltották felszíni fényvisszaverő képességre és az üstökösmag sugarára. A kétféle mérési adat eltérő módon érzékeny az említett fizikai paraméterekre. Míg az optikai fényességek nagy átmérő-kis albedó és kis átmérő-nagy albedó kombinációkat egyaránt megengednek, addig az infravörös mérések sokkal kevésbé függenek az albedótól, így a lehetséges paramétereket erősen leszűkítik. A két mérés által egyszerre megengedett régió a sötéten árnyalt terület a mellékelt ábrán, amiből a Hale-Bopp sugarára 37 +/- 3 kilométer, albedójára pedig 8,1+/-0,9% adódott. A két adat közül az albedó okozta a nagyobb meglepetést: a Hale-Bopp napközelsége előtt végzett Hubble-űrtávcsöves mérésekből meghatározott albedó alig 3-4% volt (kb. 1-2% hibával), ami azt jelenti, hogy a Naptól nagy távolságban meglepő változások léptek fel. Esetünkben egy friss, zúzmaraszerű réteg fagyhatott ki a felszínre, ami kétszer nagyobb átlagos fényvisszaverő képességet eredményezett, mint ami korábban jellemző volt. Ez az üstökösök világában teljesen váratlan esemény, korábban csak a Neptunuszon túli törpebolygók esetében valószínűsítettek átmeneti légkört és rendszeres dérképződést. Most azonban bebizonyosodott, hogy az óriás üstökösök elég nagyok ahhoz, hogy szinte „mini bolygóként” viselkedjenek – ez pedig óvatosságra int a távoli üstökösaktivitást egyszerű termodinamikai folyamatként modellező elméletekkel kapcsolatban.

A Hale-Bopp üstökös magjának sugarát és albedóját az optikai és infravörös mérési adatok minden korábbinál pontosabban meghatározhatóvá tették. A rózsaszín pontok az 1997-es perihélium előtt a Hubble-eredményeket mutatják, a kék pont hibatahárokkal a magyar kutatások eredményét mutatja a 2010-2011-es friss megfigyelések alapján.

 Összességében a Hale-Bopp kései aktivitásából két tanulságot lehet levonni. Először is megcáfolta azt a paradigmát, amely szerint az üstökösaktivitás 3-5 csillagászati egység körül leáll, mivel gyakorlatilag egy nagyságrenddel nagyobb távolságig képes volt fenntartani a kigázosodást és portermelést. A hosszú ideig fennálló aktivitás kedvező hír a naprendszerkeletkezési elméletek számára is, mert a fiatal extraszoláris rendszerekben megfigyelt pormennyiséget az új ismeret fényében kevesebb – tehát könnyebben magyarázható – óriás üstökös is elő tudja állítani. Másodszor pedig rámutatott arra, hogy az üstökösök kifagyása nagy naptávolságokban erősen különbözhet attól, amit a Naphoz közelebbi, kisebb kométáknál látunk. Az üstökösök nagy naptávolságú aktivitásával kapcsolatban a következő áttörést a 2020-as évek legnagyobb égboltfelmérésétől, a Large Synoptic Survey Telescope-tól (LSST) várjuk, amely nagyjából ötnaponta végignézi a déli eget, közben pedig számos objektum távoli aktivitásáról és kifagyásáról szolgáltat nagyon pontos adatokat. Ebben a felmérésben a magyar kutatók is részt vesznek majd.

 

Keretes szöveg:

Hale-Bopp – A legek üstököse

Az 1997-ben napközelben járt Hale-Bopp a szabad szemmel leghosszabb ideig, 14 hónapon keresztül megfigyelt üstökös volt, amely magyar csillagászok megfigyelései nyomán a leghosszabb ideig és a legnagyobb távolságban megfigyelt üstökös címét is birtokolja.

 A rendkívüli égitest két amerikai amatőrcsillagász, Alan Hale és Thomas Bopp nevét viseli, akik 1995. július 23-án egymástól függetlenül találták meg távcsöves nézelődés közben. A 7,2 csillagászati egység távolságban járó üstökösről már ekkor is sejteni lehetett, hogy egy egészen különleges vándor, mivel akkoriban a Jupiter és a Szaturnusz pályája között még fotografikusan sem nagyon találtak kométákat, nemhogy vizuálisan. A nagy fényesség már ekkor hosszabb ideje jellemző volt az üstökös esetében, amit egy 1993. április 27-éről előkerült archív fotográfia is igazolt. A felfedezés előtt több mint két évvel még 13 csillagászati egység távolságban, a Szaturnuszon túl járó égitestet nem vették észre a fotó készítésekor, de már itt is látszott, hogy megindult a gázok és a por kibocsátása a magból. A felvételnek nagy hasznát vették a pályaszámításnál is, kiderült, hogy egy hatalmas méretű, néhány ezer éves keringési idejű üstökös közeledik a Nap felé, amely 1997. április 1-jén érte el napközelpontját 0,914 csillagászati egységre központi csillagunktól. Ezekben a hetekben fényessége a legfényesebb állócsillagokéval vetekedett, kettős csóvája pedig 30-40 fok hosszan nyújtózott az északi égen. Még kivilágított nagyvárosokból is látható volt, egy februári teljes napfogyatkozás alatt pedig az elsötétedő nappali égen is megfigyelték. A legszebb látványt persze fényszennyezéstől mentes égen nyújtotta, ahonnan már 1996 nyarától látható volt szabad szemmel, és ez így is maradt 1997 októberéig. Ezt követően még több évig látszott kisebb távcsövekkel is, de folyamatosan halványodott, végül 2005-ben végleg kikerült a közepes kategóriájú távcsövek hatóköréből. Abszolút fényessége a harmadik legnagyobb volt, amit valaha észleltek, csak az 1729-es Sarabat és Tycho Brahe nevezetes 1577-es üstököse volt aktívabb. A statisztikák szerint hasonló méretű kométa csak évszázadonként egyszer közelíti meg a Napot, a Hale-Bopp-ot megelőzően pedig 1811-ben láttunk vele összemérhető üstököst egünkön.

 A Hale-Bopp rekordjai tehát a következők:

 A leghosszabb ideig megfigyelt üstökös (1993.04.27-2011.10.23.).

 A szabad szemmel leghosszabb ideig látható üstökös (1996.07-1997.10.).

 A legnagyobb naptávolságban megfigyelt üstökös (32 CsE).

 A XX. század legnagyobb abszolút fényességű üstököse (-1,3 magnitúdó).

SZABÓ GYULA

KISS LÁSZLÓ

SÁRNECZKY KRISZTIÁN

 

A cikk az Élet és Tudomány - OTKA közös cikkpályázatán 2. helyezést ért el. OTKA: K 104607

 

 

2013/51