2016.02.02. - Bumerángként jön vissza az óriási gázfelhő

A Hubble-űrtávcső mérései szerint a Smith-felhőként ismert óriási gázcsomó sok millió évvel ezelőtt a galaktikus korongból szakadhatott ki, jelenleg pedig körülbelül 1 millió km/h sebességgel újra közeledik felé.

Bár a Tejútrendszer külső régiói mentén több száz nagy sebességű gázfelhő (high velocity clouds, HVC) mozog, közülük csak az ún. Smith-felhő pályája ismert többé-kevésbé. A gázcsomót hidrogéntartalmának rádiósugárzása alapján fedezte fel az 1960-as évek elején Gail Smith, aki akkoriban doktori tanulmányait folytatta. A Hubble-űrtávcsővel Andrew Fox (STScI, Space Telescope Science Institute) vezetésével végzett legújabb megfigyelések szerint a hatalmas gázfelhő a galaktikus korong peremvidékéről dobódhatott ki mintegy 70 millió évvel ezelőtt. Az észlelések azt mutatják, hogy a felhő nem szakadt el a Tejútrendszertől, sőt már visszafelé "hullik", és nagyjából 30 millió év múlva újra találkozik a Galaxis korongjával. A kutatók szerint az ütközés helyén intenzív csillagkeletkezést fog beindulni: a gázcsomóban található anyag mintegy 2 millió új nap létrejöttéhez elegendő. Fox magyarázta szerint a Smith-felhő nagyon jó példája a Tejútrendszer aktivitásának. Galaxisunk a felhőkön keresztül hasznosítja újra gázanyagát: kidobja, majd egy másik helyen újra elnyeli a csomókat, hogy azokból ott ismét csillagok keletkezzenek.

A Smith-felhőnek a Tejútrendszer korongjából való kidobódása és az oda történő visszatérése közötti, mintegy 100 millió évet átfogó trajektóriája. A gravitáció és a gáznyomás együttes hatására a felhő lassan üstököscsóvához hasonló alakot vesz fel. A koronggal való ütközés helyén intenzív csillagkeletkezés indul majd be.
[NASA, ESA, A. Feild (STScI)]

A mérések szerint az üstököscsóva alakú gázfelhő körülbelül 11 ezer fényév hosszúságú, szélessége pedig nagyjából 2500 fényév. Ha az optikai tartományban is megfigyelhető lenne, látszó átmérője 30-szor lenne nagyobb, mint a teliholdé.

A Smith-felhő eredetére, természetére több elképzelés is napvilágot látott. Az egyik szerint egy "elvetélt", csillagok nélküli törpegalaxis, egy másik szerint pedig az intergalaktikus térből a Tejútrendszerbe zuhanó gázcsomó. A felhőnek mindkét esetben főleg hidrogénből és héliumból kellene állnia. Ha azonban a Galaxis belsejéből származik, akkor számottevő mértékben kell tartalmaznia a csillagokban termonukleáris fúzió eredményeként keletkezett nehezebb kémiai elemeket is.

A montázs a Smith-felhő pozícióját és méretét mutatja az égen. A felhő hamisszínes képe a Green Bank-ben (West-Wirginia) működő Robert C. Byrd rádiótávcső mérései alapján készült. A háttér a Sas csillagkép irányában megfigyelhető terület optikai tartományban rögzített képe. A felhő látszó mérete körülbelül 15 fok, ami a telihold átmérőjének 30-szorosa.
[NASA, ESA, Z. Levay (STScI), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF), A. Mellinger]

Fox és munkatársai a Hubble-űrtávcső COS (Cosmic Origins Spectrograph) műszerét használták a Smith-felhő kémiai összetételének megállapítására, azaz tulajdonképpen annak kiderítésére, honnan is jött. A spektrográffal több milliárd fényévre lévő aktív galaxisok magjának ultraibolya sugárzását elemezték, amelyek éppen a felhő irányában helyezkednek el, azaz fényük áthalad a gázcsomón, így az ujjlenyomatot hagy a színképükön. Főleg a kén spektroszkópiai nyomait keresték, mivel az képes elnyelni az ultraibolya sugárzást. Az abszorpciós vonalak elemzésével megállapítható, hogy mekkora a felhő kéntartalma a Napban mérhető értékhez viszonyítva. Ennek ismeretében pedig a többi nehéz elem felhőbeli mennyiségére is következtetni lehet.

Fox és kollégái azt találták, hogy a Smith-felhőben nagyjából annyi kén van, mint a Tejútrendszer korongjának külső részein, a galaktikus centrumtól 40 ezer fényév távolságban (azaz körülbelül 15 ezer fényévvel kijjebb, mint ahol a Nap helyezkedik el). Ez viszont azt jelenti, hogy a felhőt csillaganyag dúsította, azaz nem az intergalaktikus térből származó ősi gáz alkotja, és nem is egy csillagok nélküli elvetélt galaxis maradványa. Minden valószínűség szerint a Tejútrendszerből dobódott ki, jelenleg pedig ballisztikus pályán már ismét a korong felé tart, hogy annak egy másik részén egyesüljön újra szülőjével.

Távoli kvazárok (aktív galaxismagok) felhőn áthaladó fényének színképi elemzésével meghatározható a gázcsomó kémiai összetétele, ez alapján pedig a származása. A korong felé zuhanó köd különböző részeinek sebességére a rádió- és az ultraibolya tartománybeli megfigyelések ugyanazt az értéket szolgáltatják, ami erős bizonyítéka annak, hogy a megfelelő színképvonalak a köd mozgásával vannak kapcsolatban.
[NASA, ESA, A. Feild (STScI)]

Bár az új eredmény megoldani látszik a Smith-felhő eredetének problémáját, amint az egy jó válaszhoz illik, több új kérdést is felvet: Hogyan került a felhő oda, ahol ma megfigyelhető? Milyen esemény lőhette ki a korongból, és miként maradhatott sértetlen? Esetleg egy sötét anyagból álló csomóról van van szó, amely áthaladt a Tejútrendszer korongján és gázt ragadott magával? A válaszokat a későbbi vizsgálatok deríthetik ki.

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

Forrás:

• STScI-2016-04