2017.12.08. - Elégtétel száz év után: valóban látható a galaxisok forgása

A Hubble- és a Gaia űrtávcsövekkel végzett ultrapontos, 12 évet átfogó méréssorozat eredményeként egy holland csillagászcsoportnak sikerült kimutatni egy törpegalaxis néhány csillagának mozgását.

1920. április 26-án az Amerikai Egyesült Államok fővárosában, a washingtoni Smithsonian Múzeumban csillagászattörténelmi jelentőségű vita zajlott a kor két elismert csillagásza, illetve az általuk képviselt két iskola között. Harlow Shapley és Heber Curtis szemtől szembeni vitában ütköztették egymással összeegyeztethetetlen nézeteiket a világegyetem méretével kapcsolatban. Az esemény mérföldkő voltát mi sem szemlélteti jobban, minthogy a csillagászok azóta is csak a "Nagy Vita" néven emlegetik a majdnem száz évvel ezelőtti rendkívüli eseményt. A vita lényegében akörül forgott, hogy az égen megfigyelhető spirális ködök vajon saját galaxisunkon, a Tejútrendszeren belüli por- és gázködök – amint azt Shapley hangoztatta –, és a Tejútrendszer maga a világegyetem, vagy pedig a spirálködök valójában nagyon távoli, a miénkhez hasonló, hatalmas csillagvárosok. Az utóbbi álláspontot képviselte Curtis. Ma már tudjuk, hogy a vitában Curtisnek volt igaza, Shapley pedig tévedett. Ám a kérdést nem ott és nem akkor döntötték el. A vita végére néhány évvel később Edwin Hubble tett pontot híres, a galaxisok általános távolodására, vöröseltolódására vonatkozó megfigyelésével.

A Nagy Vita során felmerült azonban egy érv, ami Shapley igazát támasztotta volna alá. A holland Adriaan van Maanen, korának szintén megbecsült csillagásza állította, hogy megfigyelte a Messier 101, a Szélkerék-galaxis forgását. Curtis ugyan kételkedett van Maanen megfigyelésének helyességében, ám egy tudóstól elvárható korrekt módon kijelentette, hogy amennyiben annak valódisága szilárd bizonyosságot nyer, úgy nézeteit felülbírálva kész elismerni, hogy Shapley-nek van igaza a vitában. Nos, erre nem volt szükség, mert van Maanen valóban tévedett. Az M101 tőlünk 24 millió fényév távolságra van, és bár természetesen forog, az emiatt bekövetkező látszólagos égi elmozdulások egy teljes emberöltő alatt is megfigyelhetetlenül kicsinyek benne.

A tőlünk 24 millió fényévre lévő M101, a Szélkerék-galaxis a Hubble-űrtávcső felvételén. Adriaan van Maanen száz éve kimutatni vélte a forgását. Ma már tudjuk, hogy ez még a jelenlegi műszereinkkel is lehetetlen.
[hubblesite.org]

A csillagok térbeli mozgását egyáltalán nem könnyű megfigyelni, még a saját galaxisunkon belül sem. A látóirányú sebesség spektroszkópiai úton, a csillag fényében mutatkozó spektrumvonalak Doppler-effektus miatt bekövetkező eltolódásából egyetlen megfigyeléssel is egyszerűen megmérhető. A látóirányra merőleges, az égboltra vetített mozgás azonban csak hosszas és precíz megfigyeléssorozattal, gyakran sok-sok év munkájával – vagy legalábbis sok-sok év várakozás közbeiktatásával – mérhető ki. Ehhez ugyanis meg kell várni, amíg a csillag mozgási sebessége miatti látszó égi elmozdulása megfigyelhető nagyságú szögtávolsággá növekszik. Ennek a látszó elmozdulásnak az éves mértéke a sajátmozgás. Értelemszerűen adott látóirányra merőleges sebesség mellett egy hozzánk közelebbi csillag sajátmozgása a nagyobb látszó szögelmozdulás miatt nagyobb. Ezért aztán a Tejútrendszeren túli csillagok rendkívül kicsiny sajátmozgását egészen idáig nem is voltak képesek kimutatni a csillagászok.

A holland csillagászat számára elégtételt jelenthet, hogy ha száz évvel később is, de végül egy holland kutatóintézet, a Groningeni Egyetem Kapteyn Csillagászati Intézete munkatársainak sikerült elsőként valóban kimutatniuk egy Tejútrendszeren és a Magellán-felhőkön túli galaxis csillagainak sajátmozgását. Ehhez két nagyon precíz űrtávcsőre, valamint 12 évet átfogó megfigyelésekre volt szükség. A Sculptor-galaxis egy közeli törpegalaxis, ezt figyelte meg már 12 évvel ezelőtt is a NASA által üzemeltetett Hubble-űrtávcső, most pedig az Európai Űrügynökség (ESA) Gaia űrobszervatóriuma. A Gaia egyik kifejezett célja a sajátmozgások kimérése, igaz, alapvetően a Tejútrendszer csillagaira. A Davide Massari által vezetett kutatócsoportnak a törpegalaxis 120 megfigyelt csillaga közül végül tizenötnek a sajátmozgását sikerült kellő pontossággal kimutatnia.

A Sculptor egy elliptikus törpegalaxis, a Tejútrendszer kísérője 300 ezer fényév távolságban. Ez az első Tejútrendszeren és két közeli kísérőjén, a Magellán-felhőkön túli galaxis, amelyben néhány csillag sajátmozgását valóban ki tudták mutatni a csillagászok.
[ESO/Digitized Sky Survey 2]

A csillagok galaxisbeli mozgása jellemezhető egyetlen számmal, az anizotrópia-paraméterrel. Ez megmutatja, hogy mennyire elnyúltak a csillagpályák. A megfigyelés érdekes eredményre vezetett: a Sculptor-galaxis csillagainak az anizotrópia-paramétere a sztenderd modellek által nem megengedett tartományban van. A modellek valamely előfeltevése ezek szerint nem teljesül. Az egyik ilyen feltevés, hogy a csillagok mind azonos populációhoz tartoznak. Ám a Sculptor-törpegalaxis előélete bonyolultabb ennél, és legalább két csillagpopulációt tartalmaz. A csillagok galaxisbeli mozgását alapvetően befolyásolja a sötét anyag eloszlása. Az anizotrópia-paraméter pedig éppen erről az anyageloszlásról árulkodik. "Az eredményeink rámutatnak, hogy a Gaia adatok egyéb megfigyelésekkel kombinálva alkalmasak a Tejútrendszeren túli csillagok sajátmozgásának a kimérésére is. Ezáltal pedig pontosíthatóak a távoli galaxisok sötétanyag-eloszlására vonatkozó modelljeink" – Magyarázza Massari.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature Astronomy c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.12.07.