2013.03.19. - Letagadhatja kora egy részét a legöregebb csillag

A Hubble űrteleszkóp legújabb mérései alapján a legidősebb ismert csillag mégsem öregebb, mint az Univerzum, új becsült kora annak hibáját is figyelembe véve már összeegyeztethető a Világegyetemével.

A Mérleg csillagképben megfigyelhető 7 magnitúdós, éppen a vörös óriássá fejlődés korai fázisában tartó, HD 140283 katalógusjelű objektum a legidősebb ismert csillag, annyira öreg, hogy korával némi zavart is okoz, hiszen sokáig úgy tűnt, hogy az nagyobb a Világegyeteménél, márpedig a logikánk szerint senki, semmi nem lehet idősebb a szülőjénél. A Hubble űrteleszkóp adatai alapján végzett legújabb becslés szerint a HD 140283 kora 14,5±0,8 milliárd év, ami a hibahatárt is figyelembe véve már összeegyeztethető az Univerzum más, független mérésekből (tágulási ütem, mikrohullámú háttérsugárzás, radioaktív bomlás) 13,8 milliárd évre becsült korával. Jó évtizeddel ezelőtt az eltérés még nagyobb volt, akkor a csillagot 16 milliárd évesnek gondolták. Az ellentmondás feloldására három lehetőség kínálkozott: vagy a kozmológiánk rossz, vagy a korbecslés mögött álló asztrofizika, vagy a csillag távolsága. Howard Bond (Penn State University; STScI) és munkatársai ez utóbbira gyanakodtak - nyilván ez a legkézenfekvőbb is -, ezért ebben az irányban kezdtek el vizsgálódni.

A HD 140283 katalógusjelű csillag a Mérleg csillagképben már binokulárral is megfigyelhető.
[A. Fujii and Z. Levay (STScI)]

A Matuzsálemnek is nevezett HD 140283 már több mint egy évszázada ismert a csillagászok előtt, mivel nagyon gyorsan mozog az égen. A nagy sajátmozgás arra utal, hogy csak átmenetileg tartózkodik a szomszédságunkban. A galaktikus fősíkon átvezető pályája a Tejútrendszert körülvevő öreg csillagok halójából indult, és végső soron oda is fog visszatérni. A származását már a múlt század ötvenes éveiben felismerték az alapján, hogy a galaktikus környezetünkben elhelyezkedő csillagokkal összehasonlítva alig tartalmaz nehéz elemeket, ez pedig a legelső csillaggenerációk tipikus tulajdonsága. Később, a korongban kialakult csillagok - mint a Nap is - már számottevő mennyiségű, az első csillaggenerációk által létrehozott és halálukkor a csillagközi térbe pumpált fémet tartalmaznak. A Matuzsálemnek tehát az Univerzum életének nagyon korai szakaszában kellett kialakulnia, amikor az intersztelláris közeg még nem "szennyeződött" nehéz elemekkel. (A HD 140283 fémtartalma mindössze 250-ed része a Napénak.)

Bond és munkatársai a Matuzsálem parallaxisát mérték a Hubble segítségével. A csillagászati távolságmérésre először Friedrich Bessel által 1838-ban használt eljárás lényege, hogy egy vizsgált csillag a Föld Nap körüli keringése tükörképeként az év különböző szakaiban egy kicsit más irányban látszik, általános esetben egy ellipszist ír le az éggömbön, ennek a fél nagytengelyét hívjuk parallaxisnak. Ez a szög, amely alatt a csillagról a Föld pályájának fél nagytengelye látszik. Ha a parallaxis szögét ívmásodpercben adjuk meg, akkor ennek reciproka a csillag távolságát szolgáltatja parszekben (pc, 1 parszek = 3,26 fényév). A Naprendszerhez legközelebbi csillag, a Proxima Centauri parallaxisa 0,75 ívmásodperc körüli, azaz a távolsága 1,3 pc (kb. 4,2 fényév). Rögtön látszik, hogy még a szomszédunkban található csillagok esetében is milyen kis szögértékről van szó. A parallaxison alapuló távolságmeghatározás alkalmazhatóságának tehát az szab határt, hogy milyen kis szöget tudunk mérni és milyen pontossággal. Ha rendelkezésünkre áll a távolságadat, annak segítségével meghatározhatjuk a csillag abszolút fényességét, ami viszont alapvető fontosságú a kor becsléséhez.

A közeli csillagoknak a távoliak szolgáltatta háttérhez képesti, a Föld Nap körüli keringését tükröző éves elmozdulásának mérésével meghatározható a csillag távolsága.
[NASA, ESA, and A. Feild (STScI)]

A HD 140283 parallaxisát korábban az ESA Hipparcos mesterséges holdja is mérte, ennek hibája viszont a csillag korbecslésénél már 2 milliárd éves pontatlanságot eredményezett. A Bond és kollégái által a Hubble műszereinek (Fine Guidance Sensors) segítségével elvégzett pozícióméréseken alapuló parallaxis-érték gyakorlatilag ugyanaz, mint a Hipparcos által meghatározott, a hibája azonban mindössze ötöde. A 190,1 fényéves távolságadat így a korbecslés hibáját is ötödére redukálta. A számítások mögött álló asztrofizikai meggondolások új eleme, hogy a primordiális hélium a korábban gondoltnál mélyebbre diffundálhatott a csillag magjába, így ott kevesebb, a termonukleáris fúzió alapanyagául szolgáló hidrogén állt rendelkezésre, ami azt jelenti, hogy a csillag gyorsabban használta az üzemanyagát, végső soron pedig fiatalabb az eddig gondoltnál.

Emellett a csillagban az oxigén és a vas aránya is magasabb az előrejelzettnél, ami szintén kisebb korra utal. Bond úgy véli, hogy a további oxigéntartalom-mérések még jobban redukálni fogják az értéket, mivel az előzőek alapján a csillagnak akkor kellett kialakulnia, mikor a Világegyetem már gazdagabb volt oxigénben. A felső határ csökkentése pedig már egyértelműen az elfogadható tartományba tolja a csillag korát.

Fantáziarajz a 190,1 fényévre lévő Matuzsálemről. Mivel a legidősebb ismert csillag nincs nagyon messze tőlünk, pozíciójából ismerős csillagokat, csillagképeket láthatnánk. A kissé más perspektíva miatt az Orion ugyan már nem hasonlít a Földről látható alakjára, de a Betelgeuse és a Rigel, illetve az övét alkotó csillagok is azonosíthatók, csakúgy, mint a Sirius, a Capella, az Aldebaran és a Plejádok. A Nap ebből a távolságból körülbelül 7 magnitúdós lenne, éppen a szabad szemes határ alatt.
[NASA, ESA, and A. Feild and F. Summers (STScI)]

A HD 140283 hosszú élete során sok mindennek lehetett tanúja. Valószínűleg egy ősi törpegalaxisban született, melyet 12 milliárd évvel ezelőtt szétszaggatott a Tejútrendszer árapály-ereje. A csillag ennek a kannibalisztikus eseménynek köszönheti nagy pályahajlását, melynek következtében 1,3 millió km/h sebességgel halad el a szomszédságunkban. Sajátmozgása (0,13 milliívmásodperc/óra) olyan nagy, hogy mindössze másfél ezer évre van szüksége ahhoz, hogy a telihold átmérőjének megfelelő szakaszt átszeljen az égbolton, az elmozdulását a Hubble fotografikusan pedig már néhány óra alatt érzékelni tudja.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• STScI-2013-08