Előfizetés a lapra

Hogyan termékenyült meg fémekkel a Világegyetem?

asztrofizika, csillagászat, szupernóva

2013/12/16

A Világegyetemben ma jelenlévő fémek (a csillagászatban ez a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemek összességét jelenti) az Univerzum fejlődésének egy korai (10–12 milliárd évvel ezelőtti) időszakában jöttek létre, és viharos gyorsasággal szétoszolva szinte egyenletes sűrűséggel töltötték ki az intergalaktikus teret, amelyből később a nagy galaxisok és galaxishalmazok létrejöttek. Ezt állapították meg amerikai csillagászok egy – az élet szempontjából is kulcsfontosságú – nehéz elem, a vas gyakoriságát vizsgálva az egyik legnagyobb ismert galaxishalmazban.

A Stanfordi Egyetem és a SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium által közösen működtetett Kavli Részecske Asztrofizikai és Kozmológiai Intézet (KIPAC) kutatói a japán–amerikai együttműködésben megépült és működtetett Suzaku-műhold által a nagyenergiájú röntgensugárzás tartományában végzett 84 megfigyelés-sorozatának részletes elemzésével tárták fel ennek a fémek keletkezése és szétoszlása szempontjából meghatározó időszaknak a történetét. Eredményeikről a Nature-ben számoltak be.

Fantáziakép: a Világegyetem anyagát (a csészében) a galaxisokban a szupernóva-robbanásokkal párhuzamosan végbemenő viharos folyamatok (ezeket jelképezi a kanál) keverték egyenletesen el a környező intergalaktikus gáztömegekkel (Képek: Akihiro Ikeshita)

A kutatók konkrétan a vas eloszlását vizsgálták a tőlünk mintegy 250 millió fényévre, a Perzeusz csillagképben látható (és arról elnevezett) Perseus-galaxishalmazban.

„Láttuk, hogy a vas eloszlása a galaxisokban figyelemreméltóan egyenletes – mondta Norbert Werner, a KIPAC asztrofizikusa, a cikk egyik szerzője. – Ez pedig azt sugallta, hogy túlnyomó része már a galaxishalmaz létrejötte előtt szétoszlott az intergalaktikus anyagban.”

A vas egyenletes eloszlásából a kutatók szerint arra lehet következtetni, hogy az elemből legalább 10–12 milliárd évvel ezelőtt, a Világegyetem fejlődésének egy rendkívül viharos időszakában hatalmas mennyiség képződött: ezt a szakaszt nagytömegű, rövid életüket szétrobbanással befejező csillagok tömeges képződése és ellobbanása dominálta, amellyel párhuzamosan a galaxisok szívében meghúzódó fekete lyukak aktivitása is csúcson volt.

Ezek a viharos folyamatok együttesen odavezettek, hogy a galaxisokban keletkezett nehéz elemeket rendkívül gyorsan kifújták a környező intergalaktikus térbe, ahol rövid idő alatt szétoszlottak és feldúsultak az ott lévő, eredetileg túlnyomórészt hidrogént és némi héliumot tartalmazó gáztömegekben.

Ellenőrizendő e feltételezés helyességét, a kutatók a Suzaku-műhold röntgen-berendezéseivel a tér nyolc különböző irányában vizsgálták a Perseus-galaxishalmazban a galaxisok közti teret kitöltő forró (10 millió fokos) gázban a vastól származó színképvonalak eloszlását a halmaz középpontjától annak pereméig.

A megfigyelések alapján megállapították, hogy a galaxishalmazban jelenlévő vas mennyisége nagyságrendileg 50 milliárd Nap tömegével egyenértékű. „Úgy véljük, ennek túlnyomó része Ia típusú szupernóvák robbanásából származik” – mondta Aurora Simionescu (korábban KIPAC, jelenleg a Japán Űrkutatási Ügynökség kutatója).

Az Ia típusú szupernóva-robbanásokban a nagytömegű csillag teljes anyaga (a benne élete során megtermelt fémekkel, a vasig bezárólag) szétszóródik a környező térbe. A vas kimutatható gyakorisága alapján a kutatók legalább 40 milliárdra becsülik a kozmológiai időskálán mérve rövid idő (legfeljebb 1–2 milliárd év) alatt szétrobbant Ia típusú szupernóvák számát.

A Világegyetem 10–12 milliárd évvel ezelőtti viharos fejlődési szakaszában óriási ütemű csillagképződés ment végbe, köztük sok gyorsan ellobbanó szupernóva volt. Ezek anyagát a robbanás lökéshullámai, a fiatal csillagok erőteljes szele és az aktív fekete lyukak környezetéből eredő jetek fújták ki és oszlatták szét az intergalaktikus térben

Ugyanebben az időszakban a galaxisokban egyéb viharos folyamatok is végbementek: a középpontjukban lapuló fekete lyukak is aktivitásuk csúcsán voltak, rengeteg gázt nyeltek magukba, és erőteljes anyagcsóvákat (jeteket) lövelltek ki. Ezek a jetek, a szupernóva-robbanások lökéshullámai és a fiatal csillagok erőteljes csillagszelei mind hozzájárultak ahhoz, hogy a galaxisokból kifújták és a környező intergalaktikus anyaggal alaposan elkeverték a szétrobbant csillagokban termelt fémeket.

Bár a következtetések a Perseus-galaxishalmaz és benne a vas eloszlásának megfigyelésén alapulnak, feltételezhető. Hogy más galaxishalmazok, illetve egyéb fémek esetében is hasonló eredményre jutnánk, összegezte az eredmény Steven Allen, a KIPAC asztrofizika-professzora, a kutatócsoport vezetője.

„Származásunk – legalábbis a vérünkben lévő vasatomoké – térben és időben sokkal távolabbra vezethető vissza, mint valaha is képzeltük: a Nap és a Föld még sehol sem volt, amikor ezek az atomok már léteztek” – mondta Simionescu.

A kutatók a továbbiakban más ga­laxis­halmazokat és egyéb elemek gyakoriságát is megvizsgálják. Reményeik szerint mostani következtetéseiket az újabb elemzések is megerősítik majd.

Forrás: news.stanford.edu/pr/2013/pr-iron-galaxy-origin-103113.html  

2013/48