M1 – A Rák-köd

M1-LRGB-20131201-TTK

M1 – Rák-köd (A 2013-ban készült felvételek 2015-ös feldolgozása.)

2013-10-29, 2013-12-01 – Göd – 70 x 55 sec L és 61 x 55 sec R, G, B

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera, Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

(A bejegyzés a Magyar Csillagászati Egyesület havi folyóiratában, a Meteorban (2017/01. 8-19.) megjelent cikk bővebb, helyenként átdolgozott elektronikus változata.)

Sok-sok ezer évvel ezelőtt egy csillag, melynek tömege sokkalta nagyobb Napunkénál, lassan kifogy üzemanyagkészletéből. Még küzd a gyilkos gravitációval, és a különböző, egyre rövidebb ideig tartó fúziós folyamatok során egymás után hozza létre a nehezebb elemeket. A folyamat azonban a vasnál elakad: ennél nehezebb elemek már nem jöhetnek létre fúzió révén. Energia-utánpótlás hiányában a csillagot utoléri a végzete, elindul a megállíthatatlan kollapszus. Anyaga a mag felé kezd zuhanni, nincs már sugárnyomás, amely ezt megakadályozhatná. A külső rétegek hatalmas nyomása „belepréseli” az elektronokat az atommagokba, így a csillag magjában neutronok keletkeznek. Miközben összeroskad a csillag forgása egyre gyorsul. A neutronokban feldúsuló magban a nyomás hirtelen megnő, és a bezuhanó anyag mintegy visszapattan az összepréselhetetlen neutronmagról. Pusztító lökéshullám indul el kifelé, amely gyorsan energiát veszít, és épp ezért ez még önmagában nem lenne elég a kataklizmához. Ugyanakkor, a nagyságrendileg 100 milliárd K felforrósodó magban neutrínók keletkeznek, és megindul kifelé egy 1046 J energiájú neutrínózápor. Máig nem teljesen tisztázott módon a neutrínók által elszállított energia 1%-kát elnyeli a kifelé tartó lökéshullám, s így bekövetkezik a gigászi szupernóva-robbanás. Az ilyen típusú robbanásokat az összeomló csillagmag miatt kollapszus-szupernóváknak (core collapse supernova) is nevezik.

A csillag anyagának jelentős része szétszóródik, miközben a korábbi energiatermelő folyamataiban született elemeket juttat a környezetébe. Olyanokat, melyek nélkül nem létezhetne élet, de eme kis kékes színű kőzetbolygó, a Föld sem. Maga a szupernóva-robbanás olyan extrém magas hőmérséklettel és nyomással járó körülményeket hozott létre, hogy az úgynevezett neutronbefogásos folyamatokban a vasnál nehezebb elemek is létrejöttek, s melyek szintén szétterültek az űrben. Az ujjamon viselt karikagyűrű (vasnál nehezebb) aranya is a szupernóváknak köszönhető.

A robbanás helyén, az égbolton a Messier 1 ködössége látható, melyet szokás Rák-ködként is emlegetni. A kidobott anyag még ma is hatalmas, 1500 km/s sebességgel tágul. Az expanziót akár a saját szemünkkel is láthatjuk, ha bő évtizedes különbséggel készült felvételeket hasonlítunk össze.

A Rák-köd 1999 és 2012 közötti tágulásának mértéke.

 A fentebb vázolt események a Földtől kb. 6500 fényévre történtek. Amikor a fotonok útnak indultak, lassan véget ért az emberiség történetének legelső, és egyben leghosszabb szakasza: az őskor. A Földet már benépesítettük, és gazdálkodni kezdtünk. Lassanként általánosan elterjedt a fémek használata, azoké amelyeket egy másik, több milliárd évvel ezelőtti szupernóva-robbanás szórt szét a világűrben.

1054-ben kínai csillagászok az egyik nyári estén az eget tanulmányozva, éjfél után felfigyeltek egy vendégcsillagra (ko-hszing), mely az általuk Tien-kuan-nak nevezett csillag közelében tűnt fel. Fényességével túlragyogta a Jupitert és a Vénuszt. Sokáig látható maradt még a nappali égen is. A szupernóva feltűnésének írásos emléke a császári főcsillagásznak, Jang Vej-tö-nek hála maradt reánk, aki a vendégcsillag megjelenését arra használta fel, hogy a Szung-dinasztiára és császárra nézve igen hízelgő jóslatot adjon, méltatva az uralkodó bölcsességét és nagyságát.

Jang Vej-tö leírását azonban nem szabad készpénznek venni. Ambiciózus talpnyaló hírében állt, amit jól tükröz maga a jóslat, illetve annak egy kiragadott részlete: „… azt jelenti, hogy él egy nagyon bölcs, és erényes személy ebben az országban.” Az új csillagot fényes sárgának írta le, ami valós is lehet, de nem szabad elmennünk amellett a tény mellett sem, hogy a Szung-dinasztia fő színe a sárga volt. Csak abban lehetünk biztosak, hogy 1054. július 4-én tűnt fel a Tien-kuan-hoz közel, és 1056. április 17-én vesztették szem elől.

A dinasztiával kapcsolatos feljegyzések elemzése nem volt könnyű feladat. A kínaiak nem az általunk ismert nyugati csillagképeket használták. Továbbá meg kellett fejteni az égi koordináta-rendszerüket, és a távolságok leírására használt mértékegységeket. Végül sikerült kibogozni a szálakat, és meghatározni, hol is volt látható a jelenség.

A sinológusok nagy bizonyossággal megállapították, hogy a Tien-kuan a ma ζ Tauri-nak (dzéta Tauri-nak) nevezett csillag. Tehát a vendégcsillag a Bika csillagkép szarvának közelében tűnt fel, méghozzá a Szung-dinasztia krónikái alapján attól délkeletre. A közelséget több leírás is említi, azonban egy 1345-ös változat a Szung-évkönyvben konkrétan pár hüvelyk távolságot állapít meg. Más korabeli kínai csillagászati megfigyelések alapján egy hüvelyk alatt körülbelül 0,1 fokot értettek. Amennyiben a néhányat 3-nak, 4-nek, esetleg 5-nek tekintjük, akkor durván fél fok választotta el a ζ Taurit és a feltűnt égitestet.

De mit is láttak valójában? Mivel a csillag kifejezést igen változatosan használták, így alaposan körbe kellett járni azt a kérdést, hogy valójában nem üstökösről volt-e szó. Semmilyen üstökösökkel kapcsolatos jellemzőt nem sikerült azonban felfedezni a leírásokban. Nem említenek sehol sem csóvát. Márpedig a fényes szabadszemes üstökösök egyik legfőbb ékessége a látványos csóva. Illetve, a csillag nem változtatta a helyzetét az égen, ahogyan azt az üstökösök teszik.

Miután a helyet az égen már azonosították, és kizárták a fényes üstökös lehetőségét már csak azt kellett eldönteni, hogy nóva, vagy szupernóva tűnt-e fel 1054-ben. Az tudható volt, hogy 23 napon át nappal is látszott. A fényessége -4 és -5 magnitúdó lehetett. Ahhoz, hogy nóva lehessen azok tipikus fénygörbéi (a legfényesebbekre a meredek felfutás, majd gyors lefutás jellemző) alapján 60 fényéven belül kellett volna lennie, máskülönben nem ragyoghatott volna három hétig ezen a fényességen. Statisztikai vizsgálatok azt mutatják, hogy átlagosan 30000 évenként következik be nóva robbanás hozzánk ilyen közel. Tehát az esélyek inkább a nóva ellen szóltak. Ráadásul ebből a távolságból a Hold fényével kellet volna ragyognia, amit biztosan szintén megemlítettek volna. Továbbá, ha nóva lett volna a feltűnt csillag, akkor valahol lennie kellene egy vörös óriás és egy fehér törpe párosnak is, mely előfeltétele egy ilyen nóva-robbanás bekövetkezésének. Alkalmas jelöltet azonban nem találtak.

Maradt tehát az a magyarázat, hogy 1054-ben szupernóva-robbanást figyeltek meg a kínai császár csillagászai. A szupernóvák fénygörbéjének karakterisztikája más, mint a nóváké. Abszolút fényességük is nagyobb. Így a néhányszor 1000 fényév távolságban felrobbanó szupernóva látszó fényességének görbéje sokkal jobban illeszthető a leírásokra. Nem beszélve arról, hogy nagyobb valószínűséggel következik be ilyen távolságban szupernóva-robbanás, minthogy 60 fényéves körzetben feltűnjön egy nóva. A nagytömegű csillag halálakor bekövetkező „tűzijáték” során hatalmas mennyiségű gáz lökődik ki, melynek sugárzása hosszú évezredekig megfigyelhető marad. Ha tehát ez a magyarázat helytálló a vendégcsillag mibenlétét illetőleg, akkor lennie kell megfigyelhető maradványnak is!

Messier 1, avagy a Rák-köd

John Bevis orvos és műkedvelő csillagász 1731-ben ködös objektumra bukkant a Bika csillagképben, melyet Uranographia Britannica égbolttérképén is feltüntetett. Tőle teljesen függetlenül, Charles Messier újra felfedezte, majd később katalógusában az 1. sorszámot adta neki. Innen az Messier 1 (M1) elnevezés.

uranographia-britannica-bull

John Bevis az Uranographia Britannica égbolttérképén is feltüntette az szupernóva-maradványt. Forrás: https://listoffigures.wordpress.com/

Messier a mai értelemben vett megfigyelő csillagász volt. Nem sokat foglalkozott matematikával, ugyanakkor megbízott mások elméleti munkáiban. Korábban Edmund Halley kiszámította, hogy az 1531-ben, 1607-ben és az 1682-ben feltűnt üstökös egy és ugyanaz. Ahhoz, hogy elméletét ellenőrizze felkérte a csillagászokat, hogy 1758 vége felé legyenek résen, mert az üstökös újra megjelenik. Igaza is lett. Messier és munkaadója Joseph-Nicolas Delisle szerette volna learatni az újrafelfedezés babérjait. Messier azonban nem Halley, hanem Delisle számításait követve kereste az üstököst. Valószínűleg nagyon megörülhetett, amikor az 1758-as De La Nux üstököst követve rálelt a ζ Tauri közelében a kis ködösségre 1758. augusztus 28-án. Csalódottan kellett azonban tapasztalnia, hogy az nem mozdult el az égen, így nem lehetett üstökös. Végül nem Messier, hanem egy német földműves, Johann Georg Palitzsch vette észre először a Halley üstököst 1758 karácsonyán. Messier csak 1759-ben lelt rá. Ráadásul Delisle nem is hagyta rögtön bejelenteni, mert az ő számításai szerint nem ott kellett volna lennie a Halley-nek. Akárhogy is esett, Messier hamarosan korának kiemelkedő üstökös vadászává vált, és az M1 fontos szerepet játszott abban, hogy összeállítsa katalógusát.

Az idők folyamán több híres csillagász is észlelte a ködöt. Külön meg kell azonban említeni William Parsonst, ismertebb nevén Lord Rosse-t (Rosse harmadik grófját), akitől a Rák-köd elnevezés származik.

william-parsons-crab-nebula

Lord Rosse rajza a Rák-ködről 36 hüvelykes távcsővel készült 1844 körül. Forrás: https://listoffigures.wordpress.com/

Többé nem készült olyan rajz, amin a köd rákszerű lenne, de az elnevezés megmaradt. Lord Rosse 1845-ben megépítette 72 hüvelykes (1.83 m) tükrös távcsövét. A „Leviatánnál” egészen a XX. század elejéig nem is készítettek nagyobb átmérőjűt. A Rák-ködöt ezzel is megfigyelte, és ekkor már egészen más megjelenésűnek találta. Az óriási távcsőben kibontakozó látványt R.J. Mitchell rajzolta le. Ezen, olyan részletek is felfedezhetőek, amelyek a mai fotókon is látszanak. Ilyen például az én felvételemen is látszó kis fekete öböl.

william-parsons-crab-nebula-2

R.J. Mitchell rajza a Rák-ködről, melyet Lord Rosse 72 hüvelykes távcsövével készített 1855-ben. Jól látható a kis fekete „öböl”. Forrás: https://listoffigures.wordpress.com/

Lord Rosse leírása arról is árulkodik, miként vélekedtek akkoriban a ködökről: „…különlegesen elrendezett, jól kivehető fonalakat látunk… Nagyobb felbontás valószínűleg további fonalakat is kihozna, s akkor a köd közönséges halmazformát öltene.” Abban az időben úgy gondolták, hogy minden köd csillagokból áll, és csak elegendően nagy távcsőre van szükség ahhoz, hogy valamennyit felbontsák. Még sok évtizednek kellett eltelnie ahhoz, hogy a csillagászok felismerjék valódi természetét.

A Rák-köd és a modern asztrofizika

C. O. Lampland fejéből pattant ki az ötlet 1921-ben, hogy összehasonlítsa a Lowell Obszervatóriumban a korábbi 8 évben készült felvételeket a Rák-ködről. Így felfedezte, hogy az évek alatt az M1 egyes részei elmozdultak. John C. Duncan volt az, aki végül felismerte, hogy a köd tágul. Hogy mióta? Erre a kérdésre Edwin Hubble is kereste a választ. Feltételezte, hogy az objektum egy pontból indult ki, és az expanzió egyenletes. Számításai szerint a tágulás 900 évvel ezelőtt vette kezdetét.

Ezt a tudományos felismerést, és a korábbi kínai feljegyzéseket összevetve elmondható, hogy anno 1054-ben nagy valószínűséggel azt a szupernóvát látták feltűnni az égen, melynek maradványa az M1. Mire fel mégis az előző mondatban megbújó piciny bizonytalanság? A Rák-köd dzéta Tauritól mért távolsága és iránya nem illeszkedik pontosan a korabeli beszámolókban olvashatókéra. Több helyen is biztosan említik a kínaiak, hogy fél fokra, délkeletre volt a feltűnt csillag a Bika szarvától. Valójában azonban 1.1 fokra és északnyugatra van a Rák-köd ettől a csillagtól. Mivel oldható fel ez az ellentmondás? Elképzelhető, hogy egyszerűen a Szung-dinasztia évkönyveiben a Történeti Hivatal elírt valamit, illetve felcserélhették a két csillag pozícióját. Máig vannak azonban olyan szkeptikus kutatók, akik szerint vitatható az M1 és 1054-ben megjelent vendégcsillag kapcsolata. Tovább lehet azonban érvelni a kapcsolat mellett. Először is, nincs más erős rádióforrás a közelben. Továbbá, ha az M1 nem az 1054-es szupernóva-maradványa, akkor Duncan és Hubble eredményei szerint 100 éven belül két szupernóvának is fel kellet volna lángolnia az ég látszólag közel azonos területén. Mekkora ennek a valószínűsége? Roppant kicsiny. Ha mégis így történt, miért nincsenek feljegyzések a 100 éven belüli másik fényes vendégcsillagról? Ez hát az oka, hogy némi bizonytalanságot belecsempésztem e bekezdés első mondatában.

A spektroszkópia elterjedésével új fejezet kezdődött a csillagászatban. Korábban vajmi keveset tudtunk a távoli égitestek összetéte­léről, az ott uralkodó fizikai viszonyokról. A Messier 1-ről készült első színképek meghökkentőek  voltak. Az addig vizsgált ködökre pusztán az azokat alkotó elemek gerjesztett atomjainak ujjlenyomatai, az emissziós vonalak voltak a jellemzőek – szinte nem is állt a spektrumuk másból. Azt viszonylag korán felismerték a csillagászok, hogy ezt a gerjesztést egy-egy forró csillag intenzív ultraibolya sugárzása okozza. A Rák-köd esetében azonban az emissziós vonalak egy határozott folytonos háttéren, kontinuumon voltak megfigyelhetőek. Mintha két színkép rakódna egymásra. Hamar kiderült, hogy a köd szerkezetét tekintve két eltérő részből áll: az amorf eloszlású gázból, mely ovális alakot kölcsönöz a Rák-ködnek, és a filamentek szövevényes hálózatából. A filamentek, a köd rostokra emlékeztető, 11000 – 18000 K hőmérsékletű, ionizált gázokat tartalmazó struktúrái, melyektől a színkép emissziós vonalai származnak, a ködöt kitöltő amorf gáz pedig a kontinuum forrása. Azonban azt, hogy pontosan miként jön létre a folytonos háttér, vagyis honnan származik a köd fénye, sokáig homály fedte.

A fizikából az ismeretek, mint összerakásra váró puzzle darabjai hevertek az asztalon. Végül 1953-ban Joszif Szamuilovics Sklovszkij volt az, aki az egyes elemeket egységes képpé állította össze.

Még 1948-ban, a rádiócsillagászat hőskorában egy ausztrál kutatócsoport négy fényes rádióforrást fedezett fel az égen, melyből az egyik a Taurus A nevet kapta. Később szintén ez a csapat egy kezdetleges interferométerrel 7 ívperc pontossággal behatárolta a sugárzás irányát, mely az M1-hez igen közel esett. A Taurus A lett az első, Naprendszeren túli diszkrét rádióforrás, melyet optikai tartományban is azonosítottak. A csillagászokat meglepte, hogy az optikai tartományban nem is olyan fényes Rák-köd a Nap után az egyik legerősebb rádióforrás az égen. Az ausztráliai kutatók 1952-ben a rádióforrás méretét is megmérték, és rá egy évre az első rádiótérképet is elkészítették. Ezen a durva térképen a rádióforrás főbb alakzatai meglepően hasonlítottak az optikai tartományban látott képhez. Arra az összefüggésre is rájöttek a kutatók, hogy a Rák-köd (és több más rádióforrás) rádiósugárzásának intenzitása a frekvencia függvényében logaritmikus skálán egy egyenes vonalat ad. Joszif Sklovszkij szovjet csillagász pedig megmutatta, hogy a köd rádiósugárzásáért az úgynevezett szinkrotronsugárzás a felelős.

Egy ideje már ismert volt a fizikus előtt, hogy a közel fénysebességgel mozgó (relativisztikus) töltött részecskék sebességvektoruk megváltoztatása közben szinkrotronsugárzást bocsájtanak ki. Úgy is megfogalmazhatjuk, hogy amikor a töltött részecskét a mágneses tér gyorsítja, a gyorsulás következményeként az sugározni kezd. A mágneses térben végzett körmozgás folytonos gyorsulásnak számít. A ködben lévő mágneses tér erővonalai körül spirálozó elektronokkal pedig pontosan ez történik.

Szinkroton-rot1-cut1-s1

A közel fénysebességgel, a mágneses erővonalak körül spirális pályán mozgó elektronok keskeny nyalábban szinkrotron sugárzást bocsájtanak ki. Ez a sugárzás polarizált, vagyis a látóirány mentén kitüntetett a rezgés síkja. Forrás: Simon Mitton – A Rák-köd (Az ábra jogvédelem alatt áll, az a szerző külön írásos engedélyével került felhasználásra.)

Sklovszkij a mechanizmust kiterjesztette az optikai tartományra is, és azt mondta, hogy nem atomi átmenetekből származik a Rák-köd színképének folytonos része, hanem azt is szinkrotron sugárzás okozza. Vagyis, a mágneses térben őrült sebességgel körtáncot lejtő, nagy energiájú mozgó elektronoktól származik a köd fénye (pontosabban a kontinuum része), míg a „gyengébb” elektronoktól a köd rádiósugárzása.

Az igazán jó elmélet nemcsak megmagyaráz dolgokat, hanem jóslatokat is ad. Sklovszkij megjósolta, hogy a köd fényének részlegesen polarizáltnak kell lennie. A szinkrotron sugárzás sajátossága, hogy polarizált. Pár évvel később megfigyelésekkel igazolták Sklovszkij teóriáját, és annak jóslatait. Először Viktor Alekszejevics Dombrovszkij, majd tőle függetlenül Mikheil Alexandresz dze Vashakidze mutatta ki a Rák-köd fényének polarizáltságát. Majd 1955-ben a Palomar-hegyen, az ötméteres teleszkóppal Walter Baade készített ragyogó felvételsorozatot. A polarizációs szűrőt forgatva változtak az alakzatok, s volt olyan fényes terület is, ami szinte el is tűnt!

Polarizacio-rot1-cut1-s1

A polarizált fény és a polarizációs szűrű szemléltetése. A polarizációs szűrőn teljes áteresztés akkor történik, ha az áthaladó fény polarizációjának síkja a szűrőével egybeesik. Amennyiben a két sík egymásra merőleges, akkor a szűrő nem ereszti át a polarizált fényt. Forrás: Simon Mitton – A Rák-köd (Az ábra jogvédelem alatt áll, az a szerző külön írásos engedélyével került felhasználásra.)

A polarizációs vizsgálatok révén tökéletesen feltérképezhetővé vált a ködben a mágneses tér szerkezete, ugyanis a polarizáció síkja merőleges a mágnese térre. Kiderült, hogy a Messier 1 megjelenése erős kapcsolatban áll a mágneses térrel. Az erővonalak a különböző öblök szélén, szálak mentén futnak, és a filamentek körül tekerednek.

Később kimutatták, amit a szinkrotronsugárzási elméletek is megjósolták, hogy a Rák-köd egyben erős röntgenforrás is az égen. Nem volt egyszerű a pontos irányt és a röntgensugárzás szerkezetét meghatározni. Az első áttöréseket 1964-ben érték el, amikor az M1 röntgen jeleinek változását figyelték a kutatók, miközben a Hold elfedte azt.

Bár most csak az optikai, a rádió és a röntgen tartományokról beszéltem, mert történeti síkon igyekszem mozogni, de elmondható, hogy a szinkrotronsugárzás a felelős a köd teljes spektrumban kibocsájtott sugárzásának igen jelentős részéért. A relativisztikus elektronok idővel energiát veszítenek, egyre „fáradnak”. Kezdetben a gamma, a röntgen, majd az optikai, az infravörös, míg végül a rádiótartomány „megszólaltatásáért” felelősek. Pontosan kiszámítható, hogy mennyi idő alatt „fáradnak” el ezek az elektronok. Például a röntgen szinkrotronsugárzás nagyjából egy év alatt kihunyna, ha nem lenne valamiféle energiautánpótlása. Ennyi idővel a robbanás után a köd ilyen formájában már régen nem is létezhetne. Kell hogy legyen valami hajtómotor a ködben! Sokáig ez volt a Rák-köddel kapcsolatos egyik legnagyobb talán. Tudták már, hogyan világít, de mi táplálja energiával? Honnan származik a mágneses tér?

Crab_Nebula_in_Multiple_Wavelengths

Az M1 látványa különböző hullámhosszakon. Balról jobbra a tartományok: rádió, infravörös, optikai (látható), ultraibolya, röntgen, és gamma.

Pulzár a Rák-ködben

Az első pulzárokat 1967-ben fedezték fel egy szinte teljesen véletlen eseménynek köszönhetően. A Napból kiáramló csillagszélnek köszönhetően egy távoli rádióforrás sugárzása gyorsan fluktuál, amikor az a Naphoz közel látszik az égen. A jelenséget interplanetáris szcintillációnak nevezik. Ez nagyjából hasonló jelenség, mint ahogyan a csillagok fénye a Föld légkörének köszönhetően pislog, vagyis a szcintillál. Ez a jelenség pedig kitűnően felhasználható kompakt rádióforrások keresésére, ugyanis minél kisebb az objektum, annál erősebb a véletlen fluktuáció jelensége. 1967. augusztus egyik éjszakáján úgy éjfél körül arra lett figyelmes Jocelyn Bell Burnell, hogy valami megmozgatta a voltmérőt. Ekkor a Nap jóval a látóhatár alatt tartózkodott, így nem tűnt valószínűnek, hogy ezt interplanetáris szcintilláció okozta volna. Kezdetben valami földi eredetű zavarra gyanakodtak, de 1967. november 28-án igazolást nyert, hogy valóban az űrből származó szabályos pulzusok sorozatát észlelték. Ezt a dátumot tekinthetjük az első pulzár (CP1919 / PSR J1921+2153) felfedezésének.

First_Pulsar

Az első pulzár felfedezése. A felső képen a pulzár jele csak éppen megkülönböztethető a szcintillációktól. Az alsó nagyobb sebességű grafikonon viszont világossá vált, hogy az észlelt zörej valójában periodikus pulzációk sorozata volt (P≈1.3 másodperc). Forrás: Jocelyn Bell Burnell és Antony Hewish.

Jocelyn Bell Burnell posztgraduális hallgató volt, akinek Antony Hewish volt a témavezetője. A felfedezést bejelentő cikken 5 szerző neve olvasható. Elsőként Hewish, másodikként Bell, és így tovább.  Antony Hewish 1974-ben megosztott Nobel-díjat kapott Martin Ryle-lal a rádió apertúra szintézis kidolgozásáért, és a pulzárok felfedezésében játszott szerepükért. Ez volt az első olyan fizikai Nobel-díj, melyet csillagászati kutatásért osztottak ki. Személy szerint én kifogásolhatónak tartom a döntést, hisz végső soron Jocelyn Bell Burnell volt, aki ráakadt a pulzárra, és aki annak alapos elemzésében szintén kulcsszerepet játszott.

Az első pulzárt, nagyon hamarosan újabbak felfedezése követte a rádiótartományban. Ezek közül a következő mérföldkövet a Vela csillagképben található hatalmas szupernóva-maradványban talált pulzár (PSR J0835-4510) jelentette. Ez volt az első kapocs az ilyen maradványok és a pulzárok között. Ekkortól szisztematikusan keresni kezdték a szupernóva-maradványokban a pulzárokat. Alig egy évvel később 1968. november 9-én sikeresen azonosították a Rák-köd pulzárját is, mint 33 milliszekundumos pulzárt. A milliszekundumos pulzárok felfedezése eldöntött egy fontos asztrofizikai kérdést is. Ugyan voltak már elméleti elképzelések a neutroncsillagokról, de kezdetben fehér törpék rezgésével próbálták magyarázni a pulzusokat. A milliszekundumos pulzárok esetében az elmélet azonban csődöt mondott, mert ilyen gyors rezgés már nem volt leírható a rezgési modellekkel. Maradtak a neutroncsillagok, mint lehetséges magyarázat. A mai definíció értelmében, a milliszekundumos pulzárok 1-10 milliszekundumonként bocsájtanak ki egy pulzust. Azonban, a Kis Róka (Vulpecula) csillagképben található PSR 1937+21 katalógusjelű pulzár felfedezéséig (1982) a Rák-köd pulzárja volt az ismert leggyorsabb.

A pulzárok rádiótartományban észlelhető lüktetését próbálták detektálni optikailag is, ami nem volt egyszerű feladat. Végül 1969-ben siker koronázta az erőfeszítéseket, és kimutatták a pulzusokat több független módszerrel is optikai tartományban. Igazolást nyert tehát, hogy a fotómon is kivehető, a köd szívében elhelyezkedő kettős délkeleti csillaga pislog, méghozzá ugyanabban az ütemben, mint a rádiótartományban.

M1-LRGB-20131029-cutlab

A pulzár a saját felvételemen.

M1-pulzar

A pulzár „lüktetése” az optikai tartományban.

Ugyancsak 1969-ben az MIT egy rakétát lőtt fel, mely repülése alatt egy órán keresztül vizsgálta a Rák-ködöt a röntgen tartományban, és ott is sikeresen kimutatták a pulzusokat.

A csillagászokat kezdetben nagyon meglepte a pulzusok pontossága. Elsőre úgy tűnt, hogy egy hihetetlen pontos órára leltek az égen. Azonban további megfigyelések felfedték, hogy a pulzár lassul, naponta 38 nanomásodperccel nő a periódusa. Mintha valami folyamatosan csapolná az égi óra energiáját. Ráadásul a periódusváltozás ütemében is találtak változást. Sőt nemcsak lassul az űrbe küldött pulzusok üteme, hanem néha egy időre fel is gyorsul. Ezt a jelenséget glitch-nek nevezték el. A pulzár idővel visszanyeri az eredeti ütemét, és folytatódik lassulás. Az elsőre atomórákkal vetekedő pulzárokról kiderült, hogy bizony az óra késik, és néha még rakoncátlankodik is.

Neutroncsillag a ködben

Ugorjunk egy kicsit vissza az időben. 1932-ben felfedezik a neutront. Az elméleti fizikusok azonnal rá is vetették magukat. Nem sokkal később (1934) Baade és Zwicky már neutroncsillagokról beszél. 1939-ben Zwicky azt állítja, hogy a neutroncsillagok szupernóva-robbanások eredményei. Szerinte a Rák-ködben is lennie kell egynek. Még fel sem fedezték az első igazán gyors pulzárokat, amikor Gold arról ír 1968-ban, hogy gyorsan forgó neutroncsillagok sugárzó nyalábjai küldik a jeleket az űrbe, hasonlatosan egy világítótoronyhoz. (Ugye még emlékszik arra az olvasó, hogy a nagy riválist, a rezgő fehér törpék elméletét éppen a nagyon gyorsan pulzáló pulzárok ütötték ki a nyeregből?) Ő már ekkor megjósolja, hogy a pulzusoknak folyamatosan lassulnia kell, ahogy a neutroncsillag energiát veszít, és a forgása lassul. Nem telt el sok év, és a szupernóva-maradványok, a pulzárok és az azt magyarázó lassulva forgó neutroncsillagok elmélete találkozott. De ez csak újabb hosszú út kezdetét jelentette csupán.

Mindmáig rengeteg a bizonytalanság a neutroncsillagok elméletét illetően, de néhány dolog azért elég biztosnak látszik. Mivel halott csillagról van szó, így a gravitációnak nem a sugárnyomás, hanem a degenerált „neutrongáz” nyomása áll ellen. Ez a kvantummechanikai eredetű nyomás nem függ a hőmérséklettől, mint az ideális gáz esetén, hanem csakis a sűrűségtől. Nagyjából 3 naptömegig tudja megakadályozni az égitest összeroppanását, így e csillagok tömegének ez az elméleti felső határa. A tömeg alsó határára pedig a Chandrasekhar határ, mely a fehér törpék elméletileg megengedett legnagyobb tömege, vagyis 1.4 naptömeg. A Messier 1 neutroncsillaga például 1.4 naptömegű. Külön érdekesség, hogy eddig még nem találtak 2 naptömegnél nagyobb tömegű neutroncsillagot, illetve 5 naptömegnél kisebb tömegű fekete lyukat. Ez utóbbiak akkor keletkeznek, amikor már semmilyen „kvantummechanikai nyomás” nem képes legyőzni a gravitációt. Miért nem találtak eddig 2 és az 5 nap tömeg közötti csillagmaradványokat? Pontosan ma sem tudja senki. A kutatók azonban lázasan dolgoznak azon, hogy fogást találjanak a problémán, és ezt az űrt mindenféle elképzelt egzotikus objektummal töltötték ki. Ilyen például a kvark csillagok gondolata. Teóriáik megerősítése azonban egyelőre még várat magára.

A neutroncsillagok átmérője mindössze 20 km körüli. A sűrűségük az előző adatok tükrében óriási. Az átlagsűrűségük 4 x 1017 kg/m3 és 6 x 1017 kg/m3 közé esik. Felszíni hőmérsékletük igen tág határok között változik. A Rák-köd fiatal neutroncsillaga 1.6 millió K felszíni hőmérsékletű, s éppen ezért intenzíven sugároz a röntgen tartományban. A centrumában azonban, még ennél is pokolibb a forróság, ott a számítások szerint 300 millió K uralkodik. A neutroncsillagok hőmérséklete idővel csökken. A középkorú, néhányszor 100 ezer éves példányok felszíni hőmérséklete már csak a fele a fiatalokénak. Nagyjából millió évvel a szupernóva-robbanás után a termális sugárzásukat már nem lehet detektálni a röntgen tartományban. Ekkora nagyjából már csak 100 ezer K uralkodik a felszínükön, mely aztán újabb néhány millió év elteltével néhányszor 10 ezer K-ra csökken.

De hogyan keletkeznek a pulzusok? Hogyan működteti a ködöt a Rák-köd belsejében lévő neutroncsillag? Az impulzus megmaradás törvényének értelmében a csillag forgása felgyorsul az összeroppanáskor. Innen származik az eszeveszett pörgés. Megmarad azonban a mágneses fluxus is. A mágneses tér így a csillag sugarának négyzetének inverzével arányosan fog erősödni. Így lehetséges az, hogy a 20 km-es kiterjedésű neutroncsillagoknak akár 108 Tesla erősségű mágneses terük is könnyedén lehet. Összehasonlításképpen ez az érték a Föld esetén 10-5 Tesla, míg a Nap esetén kb. 10-2 Tesla. Gondoljunk csak bele, hogy egy másodpercenként 30-szor körbeforduló roppan erős mágneses tér micsoda elektromos teret tud létrehozni. A Földön található részecskegyorsítókat üzemeltető kutatók biztosan irigykednek erre a kozmikus laboratóriumra. A neutroncsillag relativisztikus sebességre gyorsítja a töltött részecskéket, melyek energiájukkal táplálják a ködöt és biztosítják a fényét, létrehozva a szinkrotron sugárzást.

Moving heart of the Crab Nebula

A Rák-köd központi része a Hubble űrtávcső felvételén. A jobb oldali csillag az üregben a neutroncsillag, melyet a táguló gáz vöröses filamentjei, mint rostos cafatok vesznek körbe. A kékes derengés pedig az erős mágnese térben közel fénysebességgel spirálozó elektronok gerjesztette szinkrotron sugárzástól származik. Forrás: NASA és ESA

Changes_in_the_Crab_Nebula

A neutroncsillag a Rák-köd szíve. A Hubble űrtávcső felvételsorozatán jól látszik, ahogy az alakzatok nagyjából 4 hónap alatt megváltoznak a ködben. Forrás: a képen feltüntetve.

Egy másik, de szintén a mágneses térrel összefüggő mechanizmusnak köszönhetően – tudniillik a forgástengely és a mágnesen pólusok nem esnek egybe – a pólusoknál létrejövő sugárzási nyaláb minden egyes fordulatkor végigsöpör az űrön, és elérheti Földünket is. Ezért foghatjuk az elektromágneses sugárzás több tartományában is a pulzusokat. Alapvetően ez teszi a Rák-köd neutroncsillagát pulzárrá. Az, hogy a pólusoknál pontosan miként keletkeznek a sugárzó területek, illetve hogy a felszíntől milyen távolságra, az még mindig vita tárgyát képezi. Az egyik legelfogadottabb nézet szerint a pólusok környékén a mágneses mező roppant erős elektromos teret hoz létre, mely a neutroncsillag felszínéről is képes elszakítani elektronokat vagy éppen elektron és pozitron párokat képezni. Megindul az elektromos töltések áramlása, és az erővonalak mentén óriási kisülések keletkeznek. Tulajdonképpen a folyamatos villámlásszerű jelenség statikus elektromágneses zaja ér el minket a neutroncsillag minden egyes fordulatakor.

pulsar

A pulzár modellje: a mágnesen pólusok nem esnek egybe, a pólusoknál létrejövő sugárzási nyaláb minden egyes fordulatkor végigsöpör az űrön, és eléri Földünket. Forrás: NRAO

A neutroncsillagok belső felépítéséről inkább csak sejtéseink vannak. A különféle elképzelések részletezésére ehelyütt nincs lehetőség, ezért most csak vázlatos ismertetésre szorítkozom. Az erős gravitáció, a roppant sűrűségük és az erős mágneses tér bizarr szerkezetet eredményez. Ezen égitestek légköre az átmérőjéhez képest roppant vékony, esetleg néhány tucat centiméter, de legfeljebb pár méter lehet mindössze. Ugyan még „normális” anyagú gázok alkotják, de az egyes példányoknál más, és más összetételt sikerült detektálni. A nagyjából három évszázados, így viszonylag fiatal Cassiopeia A szupernóva-maradvány belsejében lévő neutroncsillag légköre például szénben gazdag, Míg más esetekben a neutroncsillag spektrumában inkább a hidrogén és a hélium a domináns. Ez talán a korbeli, hőmérsékletbeli, és kialakulásuk körülményeiből fakadó különbségekből is adódik. Ha létezne olyan cím, hogy a legsimább felületű égitest, akkor a neutroncsillagok jó eséllyel pályázhatnának rá. Az erős gravitáció a legkisebb egyenetlenségeket is kisimítja. A külső 1 km-en fémes tulajdonságú szilárd szerkezetre emlékeztető kérgük lehet. A kéreg felső részében, még egyáltalán nem a neutronok a dominánsak. „Hétköznapi” atommagok, talán éppen vas atommagok alkotnak rácsszerkezetet, melyet elektronok tengere jár át. A neutroncsillag belseje felé haladva, ahogy a sűrűség növekszik, egyre több és több neutron, melyek normál körülmények között amúgy elbomlanának (példának okáért a szabad neutron felezési ideje mindössze 611.0±1.0 másodperc). Először az atommagok dúsulnak fel neutronokban. Majd a nagy mennyiségben keletkező neutronok miatt a nukleáris kölcsönhatás már nem képes összetartani az atommagokat, és megkezdődik a neutroncsepegésnek nevezett folyamat. Ennek eredményeként már szabad neutronokkal is találkozhatunk. De a felszín alatti mélység növekedésével maguk az atommagok is eltorzulnak, pálcikaszerűvé válnak. A kéreg alatt, szupravezető és szuperfolyékony (nincs ellenállása a mozgással szemben) többségében neutronokból álló zóna található. Ez a „nukleáris kotyvalék” a szabad neutronok mellett, még mindig hozzávetőlegesen 5-10%-ban szabad elektronokból, protonokból és atommagokból is áll.  Még mélyebben, a belső magban, ahol már az atommagok sűrűségét is meghaladja a sűrűség, még ennél is furcsább körülmények uralkodhatnak. Itt talán már kvarkos állapotban van az anyag.

neutron_star_struct1

„Tipikus neutroncsillag” elméleti modellje. Jobb oldalon a sugár km-ben, bal oldalon pedig a sűrűség került feltüntetésre.

Mint minden modell, ez is megfigyelések alapján konstruált és megfigyelésekkel ellenőrizhető. A csillagmaradvány forgásának lassulása, a pulzusokban jelentkező apró szabálytalanságok, a neutroncsillagok lehűlésének üteme mind-mind árulkodik annak belső felépítéséről.

Persze ezek értelmezése nem egyszerű feladat. Hadd ragadjam ki a korábban említett glitch-eket példaként. A pulzációs periódus megugrása nagyon rövid idő alatt zajlik le, de nagyjából egy hónap is szükséges, míg visszaáll az eredeti ütem, és a lassulás folytatódik. Ez is arra enged következtetni, hogy a neutroncsillagnak szuperfolyékony a belseje. Érdekes, hogy öreg pulzároknál nem fordul elő glitch. Így talán azok belső felépítése már eltér a fiatalokétól, vagy csak már más állapotban vannak.

Régebbi elképzelések szerint, az apró felgyorsulások a neutroncsillagok kérgében keletkező repedések következményei. Mivel az apró égitest gyorsan forog így alakja nem gömbszimmetrikus. A szilárd kéregbe pedig „belefagy” a csillag alakja, vagyis a kidudorodás az egyenlítőjénél. Ahogy a forgás üteme lassul, úgy a csillag egyre kevésbé lesz lapult. A deformáció megrepeszti a kemény kérget, a dudor laposodni kezd. A kéreg sugara csökken, így az impulzus-megmaradás törvénye értelmében a kéreg forgása felgyorsul. A forgás üteme pedig azért áll lassan vissza, mert a neutroncsillag belseje szuperfolyékony, így a külső szilárd kéreg hosszú idő alatt tudja csak azonos sebességre hozni a belső részeket, hogy aztán a forgás lassulása folytatódjon. A megfigyelésből tehát modell alkotható a neutroncsillag felépítésére, illetve annak működésére. A baj csak az, hogy időközben kiderült (más neutroncsillagokkal kapcsolatos megfigyelések alapján is), hogy ez az elképzelés hibás. A gyorsulások alaposabb vizsgálata megmutatta, hogy ez a mechanizmus nem tud elég energiát átadni, és nem is írható le vele pontosan a jelenség karakterisztikája. (Ettől függetlenül manapság is még szembejön velem sok helyen ez az elképzelés ismeretterjesztő könyvekben, és internetes oldalakon.) Az újabb kifinomultabb modellek már abból indulnak ki, hogy a neutroncsillagok mágneses mezeje nem képes behatolni a szuperfolyékony anyagba. A mágneses mező viszont áthalad a neutroncsillagon, ami pedig csak úgy lehetséges, ha normál anyagú örvények haladnak keresztül a szuperfolyékony belsőn. Ezen örvények tengelye közelítőleg párhuzamos a forgástengellyel. Az örvények raktározzák az impulzusmomentumot, mintegy őrizve annak az időszaknak a forgási energiáját, amikor a neutroncsillag még gyorsabban forgott. Ezek a belső képződmények a külső rétegek anyagával is kapcsolatban állnak, mintegy hozzájuk kapcsolódnak. A külső rétegekről időnként örvények válnak le, és halnak el miközben a csillag az alacsonyabb impulzusú (lassabb forgású) állapotra „hangolódik”. Az örvények átrendeződése közben energia szabadul fel, ami, csak ha egy ideig is, de felpörgeti a külső részeket. Ez maga a glitch jelensége. Amint létrejön az új forgási egyensúly, az örvények ismét hozzákapcsolódnak a külső réteghez.

A példával csak azt szerettem volna megmutatni, hogy adott jelenség miként magyarázható, és abból milyen következtetéseket lehet levonni a neutroncsillag belső szerkezetére vonatkozóan. Arra is rá szerettem volna világítani, hogy nem minden modell állja ki az újabb megfigyelések (esetleg újabb elméleti megfontolások) próbáját. Az újabb, több paramétert figyelembevevő teória pedig már kissé más képet fest erről az objektum típusról és annak működéséről. Összességében elmondható, hogy még mindig nincs sziklaszilárd elképzelése a csillagászoknak arról, hogy egészen pontosan milyen is a Rák-köd neutroncsillaga, és hogyan is működik. Az viszont bizonyos, hogy forgó dinamóként hozza létre azt a csodát, melyet megfigyelhetünk, miközben energiát veszít, és amiért lassul a forgása.

Kétségtelenül akad még megválaszolatlan kérdés, de a Rák-köd és a benne található neutroncsillag tanulmányozásával rengeteg ismerethez jutottak a kutatók a szupernóva-maradványokkal kapcsolatban. A kínai császári udvar főcsillagásza biztosan nem sejtette 1054-ben, hogy az akkor megpillantott vendégcsillag sok évszázaddal később milyen fontos szerepet fog majd betölteni a világmindenség megismerésében. Jóslatai erről nem szóltak.

A polarizáció megfigyelése amatőrcsillagászati módszerekkel

A cikk írása közben ötlött fel bennem a gondolat, hogy milyen remek dolog lenne megismételni Walter Baade megfigyeléseit. Nem voltak nagyratörő terveim, csupán szerettem volna én is kimutatni a Rák-ködben a fény polarizációját, és így közvetve a szinkrotronsugárzást. Milyen nagyszerű is lenne, ha a polarizáció síkjának változása révén láthatnám a szupernóva-maradványban tekergőző mágneses teret! Vajon lehetséges ez? Baade mégis csak 5 méteres teleszkópot használt a vizsgálatok során.

A képrögzítési technológia nagyon sokat fejlődött az elmúlt évtizedekben. A mai DSLR gépek és CCD-k „érzékenysége” messze felülmúlják a régi fotólemezekét. Ebben bízva másnap este felhívtam Szeri László barátomat, és felvetettem neki az ötletet. Egyáltalán nem kellett győzködnöm, rögtön felcsigázta az észlelési terv. Annak tudatában raktuk le a telefont, hogy másnapig még több technikai problémát meg kell oldanunk, illetve megegyeztünk abban, hogy elfogadjuk, ha semmi használható eredménnyel nem jár a megfigyelés. Akkor is tegyünk próbát!

Mivel biztosra akartam menni, ezért hivatásos csillagász véleményét is szerettem volna kikérni. Azonnal felhívtam Kiss Lászlót, aki arra biztatott, hogy hajtsuk végre a tervet, és pár hasznos tanáccsal is ellátott.

Másnap munka után azonnal Kiskunfélegyháza felé vettem autóval az irányt. A csomagtartóban pihent más hasznos aprósággal a hétköznapi fotózásban használt Hoya gyártmányú polarizációs szűrőm. Volt bennem némi szkepticizmus a szűrővel kapcsolatban. Sok sikeres, és nekem tetsző felvételt köszönhettem ennek a szűrőnek, de eddig csak nappali fénynél kellett helytállnia. Egyre az járt a fejemben, hogy vajon csillagászati célokra is megfelel-e majd a minősége. Két előnye viszont volt Szeri László csillagászati célokra szánt szűrőjével szemben: a mérete, és az a képessége, hogy játszi könnyedséggel lehetett elforgatni, miután megfelelően rögzítettük.

A megbeszélt péntek 18 órai időpontban már ott toporogtam Laci barátom kapuja előtt. A csillagok szépen ragyogtak az égen, de a nyugodtság szemmel láthatóan nem volt a legjobb. Kísérletre jó lesz! Kicsit melegedtünk még a konyhában, míg elkészült a kávé, és amíg a gyerekek elmajszolták a kis csokoládét, amit „TTK bácsi” Mikulása idén kicsit korábban küldött. Majd irány a műhely.

Először meg kellett oldani a polarizációs szűrő elhelyezését a fényútban. Az idők folyamán gondosan felépítettet és precízen beállított optikai elrendezésén Laci nem igazán szerette volna változtatni. Szerencsére a „Nagy Newton” kihuzatában lévő „CCD-szűrőváltó-szűrőváltó-korrektor” felépítmény végén éppen volt megfelelő menet. Ide az a menetes sötét kupak szokott kerülni, mely a dark képek készítésekor megakadályozza a fény bejutását a CCD-be. Laci a kupakot kivágta, majd ebbe ragasztotta bele ügyesen a szűrőt. Ügyelnie kellett, hogy az a megfelelő síkban álljon, és a külső gyűrűjével továbbra is forgatható maradjon.

A szűrő kiindulási pozíciójának a Rák-köd hosszanti tengelyét választottuk, majd 45 fokonként kívántuk elforgatnia szűrőt. Igen ám, de a szűrő három méternél is magasabban lesz, a távcsőtubus belsejében. Még ha el is érjük, akkor is vakon kell majd forgatni. Laci ezt a problémát is megoldotta. Ragasztóból gumók kerültek 45 fokonként a forgatógyűrűre, a 0 fokot (a gyártó jelölése alapján) kis fémgyurmával „jelölte meg”. Majd behunyt szemmel következett a megoldás tesztelése. A „vakteszt” után kinyitottuk a kis csillagvizsgálót, amiben Laci főműszere türelmesen várakozott. A szokásos rutinok után, Laci beállította a Rák-ködöt. A szűrőt addig nem is szereltük be. Ez annak volt betudható, hogy előzőleg ugrattam Lacit. Vajon milyen hangja lehet a főtükrön koppanó szűrőnek? Ha már beesett, akkor hogyan szedjük ki majd belőle? Melyik fekete festék a legalkalmasabb a kipattant tükördarab javítására? Biztosra mentünk! Már ha lehet azt biztosnak nevezni, hogy a szűk helyen egy hosszú kitolható létrán állva a magasban, egyáltalán nem kapaszkodva sehová, benyúlva a tubusba, megpróbálja az ember vakon becsavarni a szűrőt. Laci pont ezt a bravúrt hajtotta végre. A nem éppen veszélytelen műveletet a polarizációs szűrő minden egyes elforgatáskor meg kellett ismételni.

Izgatottam vártuk az első nyers kép megszületését. Ezt a képet aztán elosztottuk a korábbi polarizációs szűrő nélkül készült nyerssel, és azonnal látszott a két kép közötti különbség. Nagy volt az öröm! Azért minden kétségünk még nem szállt el. Elindítottuk az első szekvenciát, és magára hagytuk a távcsövet a feladatával. Az időt főleg a műhelyben melegedve múlattuk, néha pedig ránéztünk a kertben felállított, Laci által csak „quadokli”-nak becézett 150 mm-es objektívekkel felszerelt 4 fényképezőgépre, mely szorgalmasan készítette a felvételeket az égbolt kiszemelt területéről.

Elkészült az első széria. Laci újra a magasba mászott a létrán, és 45 fokban elforgatta a szűrőt. Megint csak lélegzetvisszafojtva vártuk az első képet. A 45 fokos nyers képet elosztottuk a korábbi 0 fokos képpel, és azonnal láttuk, hogy érdemes folytatni a munkát. Első ránézésre látszott a polarizációs szűrő elforgatása után, hogy a köd bizonyos területeinek intenzitása megváltozott. Látva, hogy eredményes lesz a kis projektünk, folytattuk a munkát, rögzítettük a 45 fokban, a 90 fokban, és a 135 fokban elforgatott szűrővel is felvételeket.

Majdnem hajnali három óra volt, mire roppant fáradtan hazaértem Kiskunfélegyházáról, de másnap megegyeztünk abban Lacival, hogy nagyon is jó móka volt az észlelés. Kellene még több ehhez hasonló! Már csak a felvételek feldolgozása volt hátra, melynek eredménye lent látható.

M1-P_P

Először a Rák-köd hosszanti tengelyével párhuzamosan beállított polarizációs szűrővel felvett, úgynevezett 0 fokos összegzett képpel osztottuk el az ahhoz képest 45, 90, 135 fokban elforgatott szűrővel készített összegzett képet. A felső sorban a kétféle nyersanyagokból összegzett képek hányadosai, alattuk wavelet transzformációk segítségével kibontott belső részletek láthatóak. Ennek a módszernek köszönhetően, jól látszanak a szűrő elforgatásából származó különbségek. Mindez pedig annak a következménye, hogy a köd fénye polarizált, ráadásul az egyes területein eltérő szögű a polarizáció síkja.

A felvételek 458/1900 Newton-távcsővel, Atik 11000 CCD-vel készültek. Szekvenciánként: 10 x 3 perc (bin2).

M1-P_L

Ezen a verzión a Rák-köd polarizációs szűrő nélküli felvételeiből összegzett képpel osztottuk el a különböző irányokban elforgatott polarizációs szűrővel felvett nyersanyagból összegzett képeket. A felső sorban a kétféle nyersanyagokból összegzett képek hányadosai, alattuk wavelet transzformációk segítségével kibontott belső részletek láthatóak. Itt is jól látszanak a különbségek. Ez alapján is elmondható, hogy a köd fénye polarizált, ráadásul az egyes területein eltérő szögű a polarizáció síkja.

A felvételek 458/1900 Newton-távcsővel, Atik 11000 CCD-vel készültek. Szekvenciánként: 10 x 3 perc (bin2).

Összességében, amatőrcsillagászati módszerekkel mi is megállapítottuk, hogy a köd fénye tényleg polarizált! Saját szemünkkel láttuk a szinkrotron sugárzást akcióban, „megragadtuk” a mágneses erővonalakat! Olyan élmény volt ez nekem, mint mikor először szórtam vasport a mágnes köré fizika órán. Érdekes, és lenyűgöző volt megpillantani az amúgy szemünk számára láthatatlant, személyesen működésben látni a természetet.

 

Felhasznált irodalom:

Simon Mitton: A Rák-köd (ISBN 963 281 332 4)

Werner Becker: Neutron Stars and Pulsars (ISBN 978-3-540-76965-1)

J. Craig Wheeler: Kozmikus katasztrófák (ISBN 9633686822)

Wynn C.G. Ho, Craig O. Heinke: A Neutron Star with a Carbon Atmosphere in the Cassiopeia A Supernova Remnant

W. Becker, B. Aschenbach: ROSAT HRI Observations of the Crab Pulsar: An Improved Temperature upper limit for PSR 0531+21

C. M. Espinoza,A. G. Lyne, B. W. Stappers, M. Kramer: A study of 315 glitches in the rotation of 102 pulsars

M71 (NGC 6838, Cr 409, Mel 226) – Gömbhalmaz a Tejút csillagai mögött

M71-LRGB-20160629-2337-sx-bin2-240s-TTK

Az M71 gömbhalmaz a Nyíl csillagképben

2016-06-29, 2016-07-04, 2016-07-05 – Göd

32 x 240 sec L (Bin2), 10 x 240 sec R (Bin2), 10 x 240 sec G (Bin2), 10 x 240 sec B (Bin2)

300/1200 Newton távcső – Paracorr Type2 kóma korrektor – eredő fókusz 1380 mm

SkyWatcher EQ-6 Pro GoTo mechanika

SXVR-H18 CCD kamera, Hutech IDAS P2 LPS filter és Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

Személyes M71

Ez a felvétel, még ha nem is tökéletes, különösen kedves számomra.

Mivel a júliusi derült éjszakák közül többet is a Polaris Csillagvizsgálóban töltöttem, hogy megmutassam az égbolt szépségét, és azok titkairól meséljek az odalátogatóknak, így idestova egy hónapja nem használtam már fotózásra a nagyobb távcsövemet. Szegény parlagon hevert. Még mielőtt mást gondolna az olvasó, nincs ebben részemről semmi kivetnivaló. Sőt! Igen remek kikapcsolódásnak, és egyben nagyon fontosnak is tartom a csillagászati bemutatókat a nagyközönség számára. Erre pedig kimondottan a nyári éjszakák a legalkalmasabbak, mikor is az emberek szívesebben mozdulnak ki, vagy látogatnak el egy eseményre, s így sokkal könnyebben megszólíthatóak.

Tekintettel arra, hogy pénteken nincs nyitva tartás a Polaris Csillagvizsgálóban, úgy gondoltam, itt az ideje a „magányos távcsövezésnek”, asztrofotózásnak. Némileg nyugtalan légkört jeleztek előre aznap estére, de egyszerűen csak megvontam a vállam. Na és? Kicsire nem adunk, amúgy meg tévedhetnek is. Megjegyzem, nem tévedtek.

Így lelkesedéssel tele, napnyugta után a kert megfelelő szegletébe kocsikáztam a műszert. Hamar végeztem a szokásos, némi tornával fűszerezett mutatvánnyal, s mivel még nem volt teljesen sötét, így a tubus szellőztetésére hivatott ventilátorok elindítása után, pihenésképpen leültem a teraszra. Onnan figyeltem, ahogy az alkony színei lassan belevesznek a nyári éjszakák lomhán közelgő sötétjébe, s felettem feltűnnek az első fénypöttyök az égen. Mikor már a Polaris is látszott, „betanítottam” a mechanikát, ellenőriztem a kamerát, a vezetést, a kábeleket. Mindeközben megjelentek régi vendégeim, a 2-3 méter magasan cikázó denevérek. Megszoktam már őket, és eddig mindig kikerültek. Nem aggódtam. A rövidke tesztek után minden működni látszott, de még mindig nem volt elég sötét, hogy belekezdjek a felvételek rögzítésébe.

Ekkor jelent meg legidősebb fiam, kezében hálózsákjával és egy polifoammal, hogy csatlakozna hozzám. Általában magányosan szoktam fotózni a kertemből, s valahol szeretem is ezeket az éjszakai csendes egyedülléteket. Most mégis nagyon megörültem a teljesen spontán érkező társaságnak. Hozott ki binokulárt, és hosszasan ígérgette, hogy majd elnézelődik, és nem fog zavarni. Azon vettem észre magam, hogy ahelyett, hogy fotóznék, együtt nézzük a csillagképeket, bóklászunk binokulárral az égen. Hagytam, hogy ő fedezzen fel dolgokat magának, hogy rácsodálkozzon a kis távcső mennyi csillagot, halmazt és halvány ködösséget megmutat az akkora már jól látszó Tejútban. Teret adtam csodálkozásának, és nem zaklattam mindenféle tudományos szöveggel, katalógusszámokkal. Csak akkor meséltem, ha kérdezett. Közben visszatértem a saját távcsövemhez, hogy végre nekifogjak a fotózásnak. Be is állítottam a célpontot, megvolt az utolsó simítás, amikor is fiam „lekanyarodva” a Tejútról megállapította, hogy arrafelé sokkal kevesebb a csillag, és egyszer csak ráakadt egy bolyhos csillagra. Csodálkozva kérdezte, hogy mi az, amit lát. (Az irány alapján az M13 gömbhalmaz volt.) Elmagyaráztam, hogy idős csillagok halmazába botlott, melyet ez a távcső nem tud csillagokra bontani, mindössze kiterjedt kis foltnak mutatja. Korábban mutattam már neki ilyet a saját távcsövemmel, de a Polaris műszereivel is. Meglepődött, hogy milyen különbségek vannak a távcsövek „képességeiben”. Nagyon érdekelte, hogy merre találhat még ilyet. Elmondtam, hogy hol érdemes keresgélnie, de nem járt sikerrel. Kérdezte, hogy a Tejút csillagmezejében is vannak ilyenek? Azt a vidéket sokkal érdekesebbnek vélte. Bizony, hogy vannak! Ekkor határoztam el, hogy előzetes terveimmel ellentétben, ezen az éjszakán mégis inkább a „különös sorsú” M71 gömbhalmaz lesz a célpontom, melyet galaxisunk sűrű csillagmezején keresztül pillanthatunk meg. Át is állítottam a távcsövet az új célpontra, és belekezdtem a fotózásba.

A téma időközben átterelődött az égről ide le. Hosszasan mesélt dolgairól, problémáiról, gondolatairól, meglátásairól. Itt is inkább jó hallgatóságot igyekeztem nyújtani. A kis tinédzsert pedig csak hosszasan beszélt, és beszélt. Én pedig reflektáltam, de nem irányítottam. Kerültem, hogy az „unalmas öreg bölcset” játsszam. Meg kell, hogy mondjam, a beszélgetésnek ezt a részét még sokkal jobban élveztem, mint mikor gondolataink még odafent jártak. Ugyan hajnali egy óra után nem sokkal elaludt, de fél három körül fel is ébredt, s folytatva a beszélgetést megvártuk, míg a pirkadat elnyeli a csillagok fényét. Befelé baktatva a házba még megjegyezte, hogy gyakrabban kéne ilyet csinálnunk!  Valóban, gyakrabban. A színszűrős RGB felvételeket már magányosan készítettem, míg fiam táborban volt. Hiányzott.

Az M71

A tőlünk 13 ezer fényév távolságra lévő gömbhalmaz nem számít óriásinak társai között, mivel mindössze 27 fényév az átmérője. Egyes vélemények szerint átmérője a 90 fényévet is elérheti, azonban a centrumtól távolabbi csillagok, pontosabban csak jelöltek halmaztagsága egyáltalán nincs megerősítve. Tömege 17 ezer naptömeg, így becslések szerint, csillagainak száma néhányszor 10 ezer darab lehet. A Shapley–Sawyer 12. fokozatú osztályozás szerint a besorolása: X-XI. Ez azt jelenti, hogy nem mutat jelentős sűrűsödést a centruma felé. Az M71 kisméretű, laza felépítésű gömbhalmaz.

A látszólag körülbelül 7 ívperc kiterjedésű halmaz a kicsiny Nyíl (Sagitta) csillagkép egyik ékessége. Magát a csillagképet a Hattyú (Cygnus) és a Sas (Auila) között találjuk, az előbbihez némileg közelebb, körülbelül félúton.

M71-map-01

Amennyiben ráakadtunk, akkor már csak a γ Sagittae-t (a Nyíl gamma jelű csillaga), és a δ Sagittae-t (a Nyíl delta jelű csillaga) kell beazonosítanunk. Ezek a Nyíl legfényesebb, szabad szemmel is jól látható csillagai, így igazán nem lesz nehéz dolgunk. Most, hogy már a cél közelében járunk, ideje távcsövet ragadni. Az előbb említett két csillag távolsága mindössze 2.5 fok, így remekül elférnek egy tipikus keresőtávcső látómezejében.

M71-map-02

A γ Sagittae és a δ Sagittae közötti egyenestől alig valamelyest az Altair (a Sas legfényesebb csillaga) irányába eltéveszthetetlen a csillaghalmaza. Egy közepes binokulárral már „bolyhos foltnak” mutatja magát. Az ember szinte érzi, hogy nem sok hiányzik a csillagokra bontáshoz. Ez így is van. Kisebb távcsövekkel már megkülönböztethetőek a halmaz egyes csillagai, míg a nagyobbakkal könnyen bomlik is. Kiváló célpont még városi égen is, vagy éppen holdas éjszakákon. Természetesen, a megfelelően sötét ég tovább fokozza az élményt.

Ami engem elsőre rabul ejtett, mikor távcsőben először láttam (ez sem ebben az évtizedben volt), az a sűrű csillagmező, ami „keretezi” a halmazt. A másik pedig, amit az első 150/1250 Newton távcsövem is nagyszerűen megmutatott, hogy közel sem annyira szabályos, mint azt egy gömbhalmaztól elvárnánk. Szinte nem is lehetett eldönteni a távcsöves látványa alapján, hogy inkább hasonlít laza és szabálytalan gömbhalmazra, vagy sűrűbb nyílthalmazra. Ma már persze biztosan tudjuk a választ, de nem volt ez mindig így. Odáig hosszú út vezetett.

A halmazt hárman is felfedezték egymástól függetlenül. Az első ember, aki megpillantotta Philippe Loys de Cheseaux volt 1746-ban. Utána, legalábbis mai ismereteink szerint, Johann Gottfried Koehler német csillagász következhetett, aki nagyon halvány ködként írta le a Nyílban. A bizonytalanság oka, hogy Koehler nem datálta a megfigyelését, csupán következtetni lehet rá, hogy valamikor 1772-1779 között történt. Nem sokkal előzte meg Pierre Méchain-t, aki 1780. június 28-án újra felfedezte. Máchain Charles Messier barátja, és egyben asszisztense is volt. Messier miután 1780. október 4-én ellenőrizte Máchain megfigyelését, az objektumot katalógusában a 71-es sorszámmal látta el. A halmazra azóta hivatkozunk Messier 71, röviden M71 néven.

A fenti megfigyelők még mind halvány ködként írták le a halmazt, mely csillagokat nem tartalmaz. Ennek okát az olvasó már bizonyára sejti: műszereik mérete, optikai minősége még nem volt megfelelő arra, hogy csillagokra bontsa az M71-et. Ez először Sir William Herschel-nek sikerült. 1783 óta tudjuk tehát, hogy az M71 csillagok halmaza. De, hogy pontosan milyen halmaz, azt évszázadokig bizonytalanság övezte.

A halmazok definíciója, hogy csillagaik gravitációsan kötődnek egymáshoz, de mint látni fogjuk, ez adott esetben nem feltétlenül tart addig, míg az utolsó csillagok is „kihunynak” benne. Alapvetően a csillaghalmazok két típusát különböztetjük meg: a nyílthalmazokat és a gömbhalmazokat.

M45-Panik

Talán az égbolt egyik legismertebb nyílthalmaza az M45. Mi magyarok Fiastyúkként szoktunk emlegetni, mely a csibéivel a Bika csillagkép hátán csücsül. A görögök Plejádoknak (Πλειάδες / Pleiades) nevezték, a mitológiai hét nővér után. A felkelő nap országában pedig Subaru-ként ismert ez a nyílthalmaz. Nincs olyan kultúra, ahol ne lenne valamilyen elnevezése, vagy ne kapcsolódna hozzá valamiféle történet. Az M45-ben a hosszú expozíciós felvételeken reflexiós ködök is megfigyelhetőek. Kezdetben azt gondolták, hogy ez még a csillagok keletkezése után maradt hátra. Azonban az újabb modellek alapján a halmaz túl idős ahhoz, hogy ezek a születés után hátra maradt ködfoszlányok még egyben maradhassanak. A kék forró csillagok sugárzása ezt már rég elfújta volna. Sokkal valószínűbb az a magyarázat, hogy a nyílthalmaz éppen egy sűrűbb csillagködön halad keresztül, mely visszaveri a tagok fényét, gyönyörködtetve ezáltal a szemlélőt. Fotó: Panik Zoltán Imre

A nyílthalmazok legfeljebb néhány ezer tagot számlálnak. A spirál galaxisokban, mint amilyen a Tejútrendszerünk is, a nyílthalmazok a galaxis korongjában, jellemzően a spirál karokban találhatóak, ahol kialakulásukhoz kedvezőek a körülmények. Adott halmaz csillagai mind ugyanabban a hatalmas molekula felhőben keletkeztek, és koruk is nagyjából hasonló.

Gravitációsan ugyan kötődnek egymáshoz, de ez a kapocs gyenge. A legtöbb nyílthalmaz gravitációsan elég instabil, ami arra vezethető vissza, hogy tömegük nem elég nagy ahhoz, hogy csillagaikat hosszú időn át megtartsák. A halmazra érvényes szökési sebesség kisebb, mint az őt alkotó csillagok átlagos sebessége, így azok belső és külső hatásokra viszonylag könnyedén elszöknek. De milyen hatások érik az egyes csillagokat?

Természetes belső folyamat a csillagok közötti közeli találkozás, melynek révén, az adott csillag elég sebességre tehet szert, hogy legyőzze a halmazon belüli szökési sebességet. A halmaz „párolgásában” fontos szerepet játszik továbbá a galaxis árapály hatása is, illetve közeli találkozások a galaxis egyéb csillagaival, halmazaival. De ezzel még nincs vége a sornak, ugyanis a hatalmas molekula felhők megközelítése, vagy azokon való áthaladása is erodálja a halmazt.

A fentieknek köszönhetően csillagaik, a galaxis korához képest csak viszonylag rövid ideig maradnak együtt. A nyílthalmazok több 100 millió éves időskálán felbomlanak, attól függően, hogy mekkora volt az eredeti tömegük, sűrűségük. Csak az igazán népes és sűrű halmazok érik meg a több milliárd éves kort. A felbomlott nyílthalmazok tagjai továbbra is hasonló pályán mozognak, mozgó csoporttá (moving group) válnak. Ilyen mozgó csoporthoz tartozik például a Göncölszekér 5 fényes csillaga is (Ursa Major Moving Group). Mozgásuk, azonos kémiai összetételük, azonos koruk a bizonyítéka, hogy valaha, egy mára már felbomlott, nagyjából 300-500 millió éve született nyílthalmaz tagjai voltak.

UMA_Moving_Group_Goncol1-m1

A Nagy Medve (Ursa Major) csillagkép részét képező Göncölszekérnek, az Ursa Major Moving Group magjához tartozó csillagai. A mozgó csoport centruma tőlünk nagyjából 80 fényévre található. Kiterjedését tekintve, a tagok egy 30 fényév nagytengelyű és 18 fényév kistengelyű ellipszoid alakú térrészt töltenek ki. A jelölteket is beleszámolva, valamivel több, mint 4 tucat csillagról lehet szó, melyek az égboltunkon viszonylag nagy szeletén szétszórva láthatunk (a Cepheus-tól egészen „le” a Déli Háromszög csillagképig), s melyek látszólag a Nyilas csillagkép egy meghatározott pontja felé tartanak. Kiemelném, hogy egy csillagokban gazdag nyílthalmaz könnyen akár 200 csillagot is számlálhat ekkora területen.

A gömbhalmazok több tízezernyi, több százezernyi, sőt akár milliónyi csillag (nagyjából) szférikus halmaza. A legnagyobbak átmérője, vagyis az a térrész ahol a gömbhalmaz gravitációs dominanciája még együtt tartja a csillagokat, akár a 200 fényévet is meghaladhatja. A nyílthalmazokhoz képest tehát sokkal népesebbek és nagyobbak. A Tejútrendszer halójának (a galaxis korongját körbevevő, csillagok alkotta szferoidális alrendszer) igen ősi objektumai, a legfiatalabbak is legalább 8-10 milliárd évesek. De nagytöbbségük kora inkább 12-13 milliárd év körüli. Bár külső és belső folyamatok e halmaz típust is bomlasztják, azonban csillagaik a Tejútrendszerünk, de még a világegyetem koránál is hosszabb ideig képesek együtt maradni.

A gömbhalmazokról egészen a XX. század végéig azt gondolták, hogy csillagaik nagyjából egyszerre keletkeztek. Az ezredforduló táján azonban kiderült, hogy ez nem pontosan így van. Jó pár gömbhalmazban különböző korú csillagpopulációk élnek együtt. Megjegyzem, hogy az egyes csillaggenerációk születése között eltelt néhány százmillió év még mindig csak töredéke e halmazok korának. Kialakulásuk a mai napig nem pontosan tisztázott. Annyi azonban bizonyos, hogy a nyílthalmazokkal ellentétben, napjainkban már nem keletkeznek gömbhalmazok a Tejútrendszerünkben.

A galaxisunkban vannak tehát gömbhalmazok és nyílthalmazok. Ezek koruk, kémiai összetételük, galaktikus pályájuk, és felépítésük alapján megkülönböztethetőek. És igen, sokáig volt az M71, melyről folytak a találgatások, hogy ez most akkor egy nagyon nagy, és igen sűrű nyílthalmaz, vagy pedig kicsiny, ritkás gömbhalmaz.

Harlow Shapley 1914-től kezdve igen intenzíven foglalkozott a Tejútrendszer gömbhalmazaival. A témában több tucat publikációja jelent meg. A gömbhalmazokkal kapcsolatos ismereteink alapjait ő tette le munkatársaival. Neki köszönhető, hogy az M71-re sokáig egyszerűen csak sűrű galaktikus halmazként (a „galactic cluster” az angol szakirodalomban, a nyílthalmazok archaikus elnevezése) hivatkoztak a csillagászok.

Legelőször James Cuffey említette meg 1943-ban megjelent cikkében, hogy az M71 csillagainak eloszlása a szín-fényesség diagramon (color-magnitude diagram, CMD) kimondottan emlékezteti néhány gömbhalmaz esetében megfigyeltére. Egy csillaghalmazról sok mindent elmond a szín-fényesség diagramja, mely tulajdonképpen a klasszikus Hertzsprung-Russel diagram (HRD) „gyakorlatias” változata. A vízszintes tengelyen két különböző szűrővel mért fényesség értékek különbsége (például B-V, V-I, stb.) van feltüntetve a színképosztály helyett. A függőleges tengelyen pedig az egyik színszűrővel (például V szűrő) felvett fényességérték szerepel.

Cuffey rámutatott, hogy az M71-ben az óriás csillagok vörösek, és ezek színe a halványabb csillagok irányába folyamatosan a kék felé tolódik. Csillagainak túlnyomó többsége pedig halvány csillag (a fősorozat csillagai több magnitúdóval halványabbak az óriásoknál). A tanulmány konklúziójában, azonban nem foglalt határozottan állást a halmaz mibenléte felől, sokkal inkább a gömbhalmazok és nyílthalmazok közötti elmosódott határt igyekezett hangsúlyozni. A kérdés tehát még nem dőlt el, sőt a következő évtizedben szinte minden maradt változatlanul, illetve volt cikk, ami egyenesen leszögezte, hogy az M71 nyílthalmaz.

Újabb előrelépés egészen addig nem történt, amíg a műszerek és a megfigyelési módszerek fejlődésével a csillagászok el nem kezdték alaposabban vizsgálni a halmaz szín-fényesség diagramját. A fotometria mellett bevetették a spektroszkópiát is, így a kutatók információhoz jutottak a csillagainak kémiai összetételét illetően. Továbbá a Doppler-effektus okozta színképvonalak eltolódásából, a halmaz galaxison belüli pályáját is sikerült meghatározni. Haladjunk szépen sorban, és nézzük meg, hogy miként folytatódott az M71 klasszifikációs „kálváriája”, és végül hogyan sikerült pontot tenni a történet végére.

Open_Cluster_vs_Globular_Cluster-HRD4-cut1

Balra, a nagyjából 2.5 milliárd éves, így viszonylag öregnek számító NGC6819 nyílthalmaz szín-fényesség diagramja. Jobbra pedig, a nagyjából 10 milliárd évvel idősebb NGC1851 gömbhalmaz szín-fényesség diagramja látható. Az ábrán látható rövidítések: MS – Fősorozat, SGB – Szubóriás ág, RGB – Vörös Óriás ág, HB – Horizontális ág, AGB – Aszimptotikus óriás ág, BS: Kék vándorok. Vegyük észre, hogy a horizontális ág mennyire népes a gömbhalmaz esetében, míg a nyílthalmaz híján van az ilyen típusú csillagoknak.

Adott halmaz szín-fényesség diagramja elárulja annak korát. A nyílthalmazokra és gömbhalmazokra „jellemző” szín-fényesség diagramok közti eltérések is alapvetően a két típus közötti jelentős korkülönbséggel magyarázható.

Az egyszerre született (azonos fémtartalmú) csillagok megfigyelhető fejlődési állapota csak a kiindulási tömegtől függ. A nagyobb tömegű fényesebb és forróbb csillagok hamarabb elhasználják hidrogén készleteiket, és elhagyják a fősorozatot. Az idő előrehaladtával már csak a kisebb tömegű, és kevésbé fényes csillagok maradnak a fősorozaton. Minél idősebb egy halmaz, annál lejjebb tolódik az a pont (Turn Off Point) a fősorozaton, ahol a csillagok „elkanyarodnak” az óriás ág felé.

csillaghalmazok_kora

Az animáción látszik, ahogy a halmaz öregszik, a csillagok sorra elhagyják a fősorozatot.  Az Myr millió évet, a Gyr milliárd éveket jelent. Forrás: http://astro.berkeley.edu/~dperley/univage/univage.html

Felrajzolva tehát az adott halmaz szín-fényesség diagramját, az előbb említett pontnak a meghatározásával, továbbá felhasználva a csillagfejlődési elméleteket, izokron illesztésével megbecsülhető a halmaz kora. (Az izokron a csillagfejlődésben használt kifejezés, mely a szín-fényesség diagramon az azonos korú csillagokat összekötő görbét jelenti.)

A kor meghatározását nehezítette, hogy a halmazra a galaxis korongján keresztül látunk rá. A Tejútrendszer síkjába nagy a por koncentrációja, így a halmazt sokkal vörösebbnek látjuk, mint amilyen valójában. B-V színindexe +1.09, így az M71 a fényesebb gömbhalmazok között az egyik legvörösebb, hála a pornak. A kor meghatározásakor, így a csillagászoknak kalibrálni kellett a méréseiket, figyelembe kellett venni ezt a hatást.

M71-Tejut-01

Az M71 helyzete a Tejútrendszerben. Mi a galaxis korongján keresztül látunk rá.

A múlt század utolsó harmadában a publikációk leginkább 12±2 milliárd évben határozták meg az M71 korát. Az ilyen öreg halmazok rendre gömbhalmazok, így egyre többen osztották azt a véleményt, hogy nem fér kétség az M71 mivoltához. Akadt azonban még néhány megválaszolatlan kérdés a halmaz körül, hogy teljes legyen a bizonyosság.

A gömbhalmazok általában bővelkednek RR Lyrae típusú pulzáló változócsillagokban, melyek fényességváltozásának periódusa és abszolút fényessége között reláció áll fenn, így tökéletesek távolság meghatározásra. Az M71-ben azonban nem találtak, a halmazváltozóknak is nevezett, RR Lyrae csillagokat. A csillagászok ezt kezdetben egyáltalán nem értették. Hogyan lehetséges ez? Ha ez egy gömbhalmaz, akkor miért hiányoznak a típusra jellemző változók? (Külön érdekes, hogy az M71-ben egyébként is igen kevés változócsillagot ismerünk.)

Ami szintén fejtörést okozott a csillagászokat, az az M71 horizontális ága. A gömbhalmazok olyannyira idős objektumok, hogy a naptömegű és az annál nagyobb tömegű csillagok már mind életük végéhez értek. A horizontális ágat is a Napunk tömegénél kisebb tömegű csillagok alkotják. Ide késői fejlődési fázisban, közvetlenül a vörös óriás fázist követően kerülnek e csillagok, miután magjukban beindult a hélium fúziója. A csillagok energiaellátásáért ekkor már a magbéli hélium, és az ezt körülvevő héjban történő hidrogén fúzió biztosítja. A többi gömbhalmazzal ellentétben, az M71 esetében eleinte egyáltalán nem volt evidens a csillagok e csoportjának kimutatása. Végül a kutatók ráleltek az igencsak rövid horizontális ágra. Egy újabb bizonyíték született amellett, hogy az M71 kétséget kizáróan gömbhalmaz.

M71-CMD

Az M71 szín-fényesség diagramja. Az M71 más gömbhalmazokhoz képest rövidke horizontális ággal rendelkezik (vízszintes vonal). Ábra forrása: Hodder és mások

De miért nem látunk az M71 esetében hosszú és markáns, csillagokkal benépesített horizontális ágat a szín-fényesség diagramon, mint a többi gömbhalmaznál? A kérdésre a válasz a gömbhalmaz relatíve fiatal kora. A halmaz korára a manapság elfogadott érték 10-12 milliárd év körül van. Mivel az RR Lyrae csillagok a horizontális ág pulzáló változócsillagai, annak instabilitási sávjában találhatóak, így a horizontális ág rövidsége az RR Lyrae változók hiányát is megmagyarázza.

Az M71 kémiai összetételét célzó vizsgálatok is alátámasztják a halmaz korára kapott értékeket. A csillagászok minden elemet a hidrogénen és a héliumon túl a periódusos rendszerben fémnek neveznek. Minél alacsonyabb a fémtartalma egy csillagnak, annál ősibb objektum, ugyanis ezeket az elemeket a csillagok állították elő a világegyetem története során. A galaxisban újabb és újabb csillaggenerációk a már a fémekben egyre dúsabb molekuláris gázfelhőkből születtek. A Tejútrendszerben az összes gömbhalmaz fémtartalma jóval alacsonyabb, mint a Napunké. Az M71 azonban a magas fémtartalmú gömbhalmazok közé tartozik. Nála csak az M69 gazdagabb fémekben. E tulajdonsága is azt mutatja, hogy a gömbhalmazok között fiatalnak számít.

A fémtartalombeli különbségek azonban nemcsak az egyes gömbhalmazok között, hanem azokon belül is kimutatható. A gömbhalmazok formálódásuk során, saját maguk is beszennyezték fémekkel, az akkor még bennük jelenlévő intersztelláris gázt (self-enrichment), mindez azonban nem több milliárd éves, hanem mindössze százmilliós időskálán zajlott le.

Ahogy korábban is utaltam rá, jó pár gömbhalmazban különböző korú csillagpopulációk élnek együtt. Az első árulkodó jelekre a halmaztagok kémiai összetételének vizsgálatakor bukkantak a csillagászok. Az M71, mint fémekben gazdag északi gömbhalmaz ideális célpontnak mutatkozott az egyes csillagok kémiai összetételét illető apró eltérések vizsgálatára. Sikerült is az egyes fémek egymáshoz viszonyított aránya alapján két különböző összetételű csoportot elkülöníteni. A kémiai összetételben kimutatott különbségek a legjobban a populációk közti korkülönbséggel magyarázható, vagyis a gömbhalmaz első csillagai szennyezték be a gázt, amiből a következő generáció született. Hogy mik voltak a pontos folyamatok, illetve, hogy melyiknek volt nagyobb szerepe arról megoszlanak a vélemények. Szennyezők lehettek az első generáció szupernóvái, bár egyes vélemények szerint ezek inkább kisöpörték a gázt a halmazból. Felelőssé tehetőek még az első generációs közepes tömegű csillagok által, a késői fejlődési fázisában, vagyis a horizontális ágon, és az aszimptotikus óriás ágon kibocsájtott csillagszél. De ugyanúgy elképzelhető, hogy a fősorozati masszív és gyorsan forgó csillagai is fontos szerepet játszottak a folyamatban. Nem egyszerű dönteni a lehetséges alternatívák közt, illetve megmondani, hogy melyiknek mekkora volt a részesedése az egész folyamatban. Ma úgy tűnik, és az M71-gyel kapcsolatos kutatások is ezt támasztják alá, hogy életük vége felé járó közepes tömegű csillagok csillagszele volt a legfőbb tényező.

Ma már kétség sem fér ahhoz, hogy az M71 gömbhalmaz. Bennem pedig afelől nincs kétség, hogy igen csak mutatós. Az idei Meteor Távcsöves Találkozón több távcsőben is volt alkalmam megszemlélni, így ezt bizton állíthatom. Aki nem hisz nekem, annak javaslom, hogy tegyen vele egy próbát!

(Akit a gömbhalmazok világa mélyebben is érdekel, annak érdemes lehet elolvasni a korábban róluk írt összefoglaló cikkemet, vagy megnézni a róluk tartott előadásomat.)

Felhasznált irodalom:

Karttunen, H., Kröger, P., Oja, H., Poutanen, M., Donner, K.J.: Fundamental Astronomy (ISBN 978-3-662-05333-1)

James Cuffey: NGC 5053 and NGC 6838

Smith, G. H. & Penny, A. J.: CN and CH inhomogeneities among red horizontal branch stars in M71

Hodder, Philip J. C.; Nemec, James M.; Richer, Harvey B.; Fahlman, Gregory G.: Deep CCD photometry and variable stars in the metal-rich globular cluster M71

J.W.T. Hessels, S.M. Ransom, I.H. Stairs, V.M. Kaspi, P.C.C. Freire: A 1.4-GHz Arecibo Survey for Pulsars in Globular Clusters

A. Alves-Brito, R. P. Schiavon, B. Castilho, B. Barbuy: Abundance variations in the globular cluster M71 (NGC 6838)

Michael Marks, Pavel Kroupa: Initial conditions for globular clusters and assembly of the old globular cluster population of the Milky Way

Szabolcs Meszaros, Sarah L. Martell, Matthew Shetrone, Sara Lucatello, Nicholas W. Troup, Jo Bovy, Katia Cunha, Domingo A. Garcia-Hernandez, Jamie C. Overbeek, Carlos Allende Prieto, Timothy C. Beers, Peter M. Frinchaboy, Ana E. Garcia Perez, Fred R. Hearty, Jon Holtzman, Steven R. Majewski, David L. Nidever, Ricardo P. Schiavon, Donald P. Schneider, Jennifer S. Sobeck, Verne V. Smith, Olga Zamora, Gail Zasowski: Exploring Anticorrelations and Light Element Variations in Northern Globular Clusters Observed by the APOGEE Survey

NGC2903

NGC2903-LRGB-20150309-2026-sx-480s-TTK.JPG

NGC2903

2015-02-14, 2015-02-17, 2015-03-09, 2015-03-17 – Göd

39 x 480 sec L, 10 x 480 sec R, 10 x 480 sec G, 10 x 480 sec B

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

SXVR-H18 CCD kamera, Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

2015. február 14-én az alkonyat után arra várva, hogy a távcsövem felvegye a környezet hőmérsékletét, a Rák csillagképben járó Jupiterben és holdjaiban gyönyörködtem. Mind a négy Galilei-hold látszott, szépen egyvonalban sorakoztak fel a látómezőben. Ezek a holdak egy síkban keringenek a Jupiter körül, és ezekben a hónapokban Föld is éppen ebben a síkban helyezkedett el. A szigorú rendet a Ganymedes törte csak meg kissé azzal, hogy a többiekkel átellenes oldalt választotta. Lassan beállt a teljes sötétség, és eljött az idő, hogy a távcsövemet egy kicsit arrébb mozdítsam térben és időben. A Jupiter azon az éjszakán 4.36 CsE (1 Csillagászati Egység 149 597 870 700 m távolságnak és nagyjából 8.3 fénypercnek felel meg), vagyis nagyjából 36 fényperc távolságra volt a Földtől. A távcsövemben így 36 perccel korábbi állapotát vehettem szemügyre. Új célpontom azonban az Oroszlán csillagkép fejénél, sokkalta messzebb, 29 millió fényévnyi távolságban volt (Drozdovsky és mások 2000). Így a távcsövet bár alig mozdítottam arrébb, máris több tízmillió évet utaztam vissza az időben. Izgalmas dolog a csillagok világa.

Az NGC2903 küllős spirál galaxis. Fényessége 9.7 magnitúdó, míg mérete 12.6ˊ x 6ˊ. Ez az impozáns csillagváros 80000 fényéves átmérőjével alig kisebb Tejútrendszerünknél.

NGC2903-Leo1.PNG

Az NGC2903 spirál galaxis az Oroszlán csillagképben. A térkép a 2015. február 14/15. éjszaka állapotát mutatja, amikor a Jupiter is a közelben tartózkodott.

Szeretek magamnak megfigyelési programokat összeállítani. Nem kell komoly tudományos tevékenységre gondolni, csupán valami vezérelvet követve böngészem végig az eget, választom ki az egyes célpontokat. Ez a felvétel folytatása annak a sorozatnak, amit még az NGC7331-gyel kezdtem el. Az NGC2903 egy újabb tagja annak a mély-ég gyűjteményemnek, melyek valamely módon kimaradtak Messier katalógusából.

Charles Messier korának ismert üstökös vadásza volt. Ahogy G.M. Caglieris is rámutatott, és Messier eredeti észlelőnaplójából is kiderül, három üstökös is az NGC 2903 közelében haladt el az égen Messier pályafutása során. Hogyan lehetséges akkor, hogy egyszer sem vette észre a galaxist?

1760. második üstököse február 11/12. éjszaka, 1° 40ˊ-re közelítette meg a csillagvárost. Azonban a fényes üstökös csóvája épp a galaxis irányában látszott, ami minden bizonnyal megnehezíthette vagy meggátolhatta észrevételét.

De mi a helyzet az 1762-ben és 1771-ben feltűnt csóvás égi vándorokkal, melyek szintén nem voltak különösebben messze az NGC2903-tól? Alaposabban utánajárva kiderül, hogy Messier az 1762-es üstököst július első napjaiban látta utoljára az Oroszlán fejében, még elég messze a galaxistól. Utána már nem tudta megfigyelni. Ez az égterület a kora nyári időszakban már nagyon alacsonyan, 10-20 fok magasan van a sötétség beálltakor, így kizártnak tartom, hogy Messier észrevehette volna a galaxist.

Végül, bár az 1771-es kométa épp a galaxis mellett haladt el, Messier a közelítés idején, kb. 10 napig nem végzett megfigyelést – valószínűleg a borult ég miatt. Mivel az együttállás június közepén történt, így az 1762-es üstökösnél leírtak itt is helytállóak, Messier nem láthatta a galaxist.

Messier azért állította össze katalógusát, hogy kiszűrje azokat a távcsőben látható, általa még nem igazán értett objektumokat, melyek zavarták őt az üstökösök felfedezésében. Nem egyet közülük több éjszakán keresztül is megfigyelt, hátha elmozdul, és így bebizonyosodik róla, hogy valójában üstökös. Ő tehát inkább a buktatókat látta ezekben az égitestekben, és ez inspirálta őt a katalógus összeállítására. Gyakorta azt is szemére vetik, hogy nem volt igazán alapos és módszeres a „ködök” megfigyelésében. Azonban Messier minden más területen nagyon precíz észleléseket végzett, így miért épp az általa felfedezett vagy katalogizált égitestek lettek volna kivételek? Tudjuk, hogy számos ködöt évről évre többször szemügyre vett, méghozzá különféle távcsövekkel. Az elődei által felfedezett objektumok után addig kutatott kitartóan, akár évekig, míg létezésükről – vagy épp hiányukról – meg nem bizonyosodott. Leírásai minden szempontból korrekt mélyég-megfigyelések, amelyek az objektum pozícióján túl tartalmazzák pl. azt, hogy csillagokra bontható-e az égitest. Messier – magyar nyelven soha meg nem jelent – észlelőnaplójából kiderül, hogy nagyon is érdeklődött a ködök iránt, olyannyira, hogy őt túlszárnyaló követője, William Herschel is példaként tekintett munkájára. Ám az első valóban szisztematikus távcsöves égboltfelmérés a nagy német származású angol csillagász nevéhez köthető. A megfigyelési helyéről látható teljes égboltot végigpásztázta, és eközben akadt rá az NGC 2903-as spirál galaxisra 1784-ben, mely saját katalógusában a H I.56 jelölést kapta. Herschel egy fényesebb csomót a galaxison belül egyedi azonosítóval is ellátott. Kettős ködnek írta le ezt az objektumot. A H I.57, a New General Catalogue-ba (Új Általános Katalógus) is bekerült NGC2905 elnevezéssel. Ez a fényes HII régió, Lord Rosse (William Parsons), több mint fél évszázaddal később készült rajzán is felismerhető.

NGC2903-Lord_Rosse.jpg

Lord Rosse az NGC2903-ról készített rajzán is feltűnik a fényes HII terület, vagyis az NGC2905.

Lord Rosse ugyan örvényszerű ködként ábrázolja az NGC2903-at, de személy szerint én nehezen ismerem fel benne magát a galaxist. Bindon Stoney rajza, melyet szintén az 1800-as évek derekán készített, talán jobban visszatükrözi az okuláron keresztül látható főbb vonásokat.

NGC2903-Stoney.jpg

Bindon Stoney rajza az NGC2903-ról.

Megfelelően sötét égen, egy mai 10-15 cm-es távcsőben már részleteket mutat magából a galaxis. Példaként álljon itt két vizuális észlelés, melyek az MCSE észlelési adatbázisából származik.

NGC2903-Santa_Gabor.jpg

Sánta Gábor észlelése

Észlelés helye: Kisújszállás

Észlelés időpontja: 2007-04-14 00:00:00 (UT)

Objektum neve: NGC 2903 (LEO)

Objektumtípus: Galaxis;

Műszer típusa: reflektor

Műszer átmérő (mm): 114

Nagyítás: 83

Látómező (ívperc): 55

Leírás: Régóta kedvencem az oroszlán eme galaxisa. Az öttömösi messier marazon éjszakáján 83x-os nagyítással a kis Bresser távcsövemben is meglepően részletgazdagnak mutatkozik. Megfigyelhető egy középső rész, mely pár ívmásodperces, illetve látható a központi küllő, amely É-D-i irányú, és rengeteg inhomogenitást tartalmaz (rajzolhatatlanok). A déli oldal sokkal kiterjedtebb, és rögösebb. A két spirálkar a küllő északi végéből nyugarta, illetve a déliből keletre kanyarodik ki, a nyugatiban rögök is láthatók, ezzel szemben a keleti homogén megjelenésű. A galaxis északi peremén látható csillag fényessége 13,7 magnitúdó. A galaxis mérete 6×4ˊ.

NGC2903-Szel_Kristof.jpg

Szél Kristóf észlelése

Észlelés helye: Mezőkeresztes

Észlelés időpontja: 2014-03-21 21:34:00 (UT)

Észlelés vége: 22:01 (UT)

Objektum neve: NGC2903

Objektumtípus: Galaxis;

Műszer típusa: 150/1200 Sky-Watcher newton

Műszer átmérő (mm): 150

Műszer fókusz (mm): 1200

Fókusznyújtás: –

Eredő fókusz (mm): 1200

Okulár típusa: Planetary

Okulár fókusza (mm): 6

Nagyítás: 200

Nyugodtság: 6

Átlátszóság: 5

Látómező (ívperc): 18

Leírás: Gyönyörű galaxis! Nagyon parádés látványt nyújt már az én távcsövemben is. Spirálkarjai markánsak. Rövid szemszoktatás után minkét spirálkar és a galaxis magját átszelő küllő foltosnak mutatta magát. A látvány teljesen egyértelmű. Mérete 5X3′.

Mielőtt nekiálltam a fotózásnak, én is megcsodáltam az okuláron keresztül. A csillagkörnyezet mintázata is annyira megragadott, hogy a kamerát is úgy állítottam be, hogy ez valahogy a képemen is megjelenhessen. Természetesen más hatást kelt egy kör alakú látómezőben a látvány, mint a kamerám szögletes keretében.

Viszonylag fényes galaxisról van szó, azonban nemcsak az optikai tartományban ragyog. Szinte „üvölt” a rádiótartományban, de az infravörös, az ultraibolya és röntgen tartományban is tekintélyes mennyiségű sugárzást bocsájt ki. Hamarosan látni fogjuk, hogy a különböző hullámhosszakon végzet megfigyelések, hogyan tárták fel az NGC2903 újabb, és újabb titkát.

A Hubble Űrtávcső 2000 galaxist magában foglaló felmérése, a Cosmic Evolution Survey (COSMOS) eredményei szerint a múltban kisebb volt a küllős galaxisok aránya a spirális galaxisok között. A mai univerzumban a spirál galaxisok körülbelül 65% rendelkezik küllős szerkezettel, míg a múltban ez az arány, mindössze 20% volt. 7 milliárd év alatt megháromszorozódott a számuk. Az is kiderült, hogy a galaxis tömege is fontos szerepet játszik abban, hogy mikor válik egy spirális galaxis küllőssé, vagyis mikor éri el a fejlettség/érettség eme szintjét. A nagytömegűek gyorsan legyártják csillagaikat, miközben felélik intersztelláris gázkészletük jelentős részét. A rövidéletű forró kék csillagok kihalásával, az újabb populációk utánpótlásának hiányában, vörös korongokká válnak az űrben. A kisebb tömegű galaxisok azonban nem fejlődnek olyan gyorsan. Náluk később alakul ki a küllős struktúra. A csillagászok ma úgy vélik, hogy a küllős szerkezet létrejötte a spirál galaxisok fejlődésének egyik állomása.

A masszív és hatalmas küllő gravitációs hatásának köszönhetően a gáz összegyűlik és összenyomódik az NGC2903 bizonyos pontjain, így indukálva intenzív csillagkeletkezést. A küllő mentén, és környékén aktív csillagkeletkezés zajlik. Még az én, viszonylag kis távcsővel készült felvételemen is láthatóak aktív csillagkeletkezési régiók, illetve fiatal fényes csillaghalmazok a karokban és a küllő közelében. Igaz, csak apró pöttyök, vagy elmosódott apró foltok gyanánt. Van azonban még ezeknél is sokkal aktívabb terület a galaxison belül. A saját felvételemen azonban ez már messze nem kivehető.

NGC2903hst.jpg

Aktív csillagkeletkezési régiók az NGC2903-ban a Hubble űrtávcső felvételén. – A kép forrás: ESA/NASA/William Sparks (Space Telescope Science Institute)

A küllő a mag irányába is nagy mennyiségű gázt és port juttat el, így ott számtalan fényes csillag ragyogott fel az elmúlt pár millió évben. A közeli infravörös tartományban elvégzett vizsgálatok tanulsága szerint, a heves csillagkeletkezés a magot körbevevő 2000 fényév átmérőjű gyűrűben éri el a csúcsát. Ez a struktúra egyáltalán nem egyedi, és nemcsak az NGC2903-ra jellemző. A küllős spirál galaxisok számottevő része rendelkezik mag körüli gyűrűvel (nuclear ring), melyben aktív csillagkeletkezés zajlik.

A Hubble űrtávcső közeli infravörös tartományban készült felvételén jól látszik a mag körüli gyűrű. A fényes fehér csomók a fiatal csillaghalmazok. A vöröses területek az ionizált hidrogént tartalmazó (HII) területek.  – A kép forrás: ESA/NASA/William Sparks (Space Telescope Science Institute)

Az NGC2903 esetében a gyűrűben található fiatal csillagok jelentős része egy viszonylag rövid, 4-7 millió éves időintervallumban született. Szinte robbanásszerű volt a folyamat. Koruk mindössze 6.5-9.5 millió év. Ezen  fiatal csillagok populációja a mag körüli 2000 fényéves régió tömegének számottevő, 7-12 %-os részét teszi ki. A csillagok hatalmas halmazokat alkotnak, melyek tömege több tízezer naptömeg. A mag körüli gyűrű fontos építőkövei a nagyszámban előforduló fényes HII régiók (ionizált hidrogént tartalmazó csillagközi gázfelhők), melyekben valószínűleg hamarosan újabb csillaggenerációk születnek majd. Ezeket a környező fényes, fiatal, kék csillagok által kibocsátott nagyenergiájú fotonok gerjesztik, ionizálják. A HII területek luminozitása összemérhető a Nagy Magellán-felhőben található Tarantula-köd 30 Dorado körüli tartományaival.

Tarantula-hst-2012-01-a-xlarge_web.jpg

Az NGC2309 centruma körüli gyűrűben található HII régiók fényessége összemérhető a Nagy Magellán-felhőben található Tarantula-ködével. Valahogy ekképpen festhetnek az NGC2903 mag körüli gyűrűjének csillabölcsői is. – A kép forrása: NASA, ESA, D. Lennon and E. Sabbi (ESA/STScI), J. Anderson, S. E. de Mink, R. van der Marel, T. Sohn, and N. Walborn (STScI), N. Bastian (Excellence Cluster, Munich), L. Bedin (INAF, Padua), E. Bressert (ESO), P. Crowther (University of Sheffield), A. de Koter (University of Amsterdam), C. Evans (UKATC/STFC, Edinburgh), A. Herrero (IAC, Tenerife), N. Langer (AifA, Bonn), I. Platais (JHU), and H. Sana (University of Amsterdam)

Mégis mekkora ütemben gyártja a csillagokat ez a galaxis? A válasz nagyban függ attól, hogy milyen módszereket, illetve összefüggéseket (modelleket) használtak fel a csillagászok kutatásaik során. A csillagkeletkezési ütem egyrészt meghatározható a HII területek luminozitásából. Ebben az esetben 2.2 naptömeg/év értéket kaptak a kutatók az egész galaxisra. Összehasonlításként a Tejútrendszerben nagyjából 1 naptömeg/év ez az érték. Másrészt a távoli infravörös luminozitás (LFIR) és a csillagkeletkezési ráta is összefügg, ez alapján 5.7 naptömeg/év lett az eredmény. Ennek a másodikként említett vizsgálatnak egyik érdekes részeredménye, hogy egyedül a mag körüli régió 2.6 naptömeg/évet képvisel. Ez igen kiugró érték, ha a gyűrű 2000 fényéves átmérőjének és a galaxis 80000 fényéves átmérőjének arányait nézzük. Végül a galaxis röntgen tartománybeli luminozitásából is meghatározható az ütem nagysága, így 1.4-2 naptömeg/évet kaptak eredményül. Bár a három különböző módszert alkalmazva végül más-más értéket kaptak a csillagászok, az látszik, hogy az NGC2309-ban a csillagkeletkezés üteme túlszárnyalja a Tejútrendszerünkét. A mag környéke pedig a galaxis egészéhez viszonyítva kiemelkedően aktív ebből a szempontból.

A heves csillagkeletkezés a röntgen tartományban is otthagyta nyomát a galaxison. Az NGC2903-at forró gázokból álló, úgynevezett röntgen haló (X-ray halo) veszi körül, mely tipikus jellemzője a magjukban heves csillakeletkezést produkáló galaxisoknak. De hogyan jönnek létre ezek a több kpc méretű kiáramlások?

Az egyik mozgatórúgó az intenzív csillagkeletkezésben születő fényes, forró és nagytömegű csillagok erős csillagszele, mely hatalmas intenzitással fújja ki az anyagot a csillag környezetéből. A másik hatás éppen az ilyen nagytömegű és éppen ezért gyorsan fejlődő csillagok tragikus halálát követő szupernóvák fellángolásának köszönhető. Ezek a hatalmas erejű robbanások szintén hozzájárulnak az anyag kilökődéséhez, továbbá fel is hevítik a csillagközi anyagot. A gáz hőmérséklete eléri a 107–108 K-t, így sugározni kezd a röntgen tartományban. A kiáramlás iránya jellemzően merőleges a korongra, sebessége pedig az 1000 Km/s nagyságrendbe esik. Az NGC2903-hoz hasonló, azonban élével felénk forduló galaxisok megfigyeléséből tudják a csillagászok, hogy ezek a kiáramlások bipoláris szerkezetűek. Az NGC2903 esetében azonban csak az egyik oldalon sikerült megfigyelni ilyen struktúrát. A probléma azonban csak látszólagos, ugyanis az NGC2903-at nem az éléről látjuk. A velünk ellentétes oldalon keletkező sugárzásnak a teljes galaxis korongon kellene keresztülutaznia, hogy hozzánk eljusson. Ahogy a gáz távolodik a csillagváros síkjától, lehűl, így a röntgensugárzás is lágyabbá válik. Ezt pedig a galaxis korongja blokkolja.

Van azonban más is, ami az optikai tartományban készült felvételeken rejtve marad. A csillagászokat nagy meglepetés érte, amikor a 21 cm-es hullámhosszon rádiótávcsővel feltérképezték az NGC2903 HI régióit, vagyis a főleg atomos hidrogént tartalmazó gázfelhőit.

Korábbi cikkemből rövid emlékeztetőül:

A HI régiók olyan intersztelláris felhők, melyeket javarészt atomos hidrogén alkot (a területek ionizációs foka jellemzően igen alacsony: 1:10000) némi héliummal, és a héliumnál nehezebb elemekkel szennyezve. A HI területek 21 cm-es rádió tartományban sugároznak, a hidrogén hiperfinom szerkezetében nagyon kis spontán valószínűséggel (A=2.88×10−15 s−1 ≈ 1/107 év) végbemenő átmenetnek köszönhetően. Mivel ez a jelenség roppant kisvalószínűséggel következik csak be, így jelentős mennyiségű atomos hidrogéngáznak kell jelen lennie ahhoz, hogy ezen a hullámhosszon a csillagászok megfigyelhessék sugárzásukat, és így felmérés készülhessen a HI régiókról.

Judith A. Irwin és kollégái az Arecibo rádiótávcsővel végzett megfigyelésekből kiderítették, hogy az NGC2903 az optikai tartományban megfigyelhető méreteinél háromszor nagyobb kiterjedésű atomos hidrogénfelhőbe burkolódzik. Ez a felhő elnyúlik egészen az UGC5086 (PGC 027115) kísérő galaxisig. A 16.3 magnitúdós UGC5086 halvány, szinte tökéletesen kör alakú foltja az én felvételemen is látható, az NGC2903 közelében. Az UGC5086 törpe galaxis a megfigyelések alapján nem tartalmaz detektálható mennyiségű atomos hidrogént. Ennek a legvalószínűbb oka az, hogy túl közel van az NGC2903-hoz.

NGC2903-HI-map-cut.PNG

Az NGC2903 rádiótérképe a 21 cm-es hullámhosszon. Látható, hogy a galaxis optikai méretét nagyjából háromszorosan meghaladó hatalmas atomos hidrogénfelhő veszi körül. A csillag az UGC5086 kísérő galaxist jelöli. A jobb felső sarokban az N2903-HI-1 rádiókontúrja fedezhető fel, mely az NGC2903 halójával ütközve folyamatosan veszít a gázkészleteiből. – A kép forrása: Judith A. Irwin és mások: ΛCDM SATELLITES AND H I COMPANIONS – THE ARECIBO ALFA SURVEY OF NGC 2903

A Lokális Csoportban található törpe galaxisok vizsgálata során a csillagászok észrevettek egy érdekes összefüggést. Amennyiben egy törpe galaxis bizonyos távolságnál közelebb van egy nagyobb galaxishoz, akkor nem tartalmaz gázt, és nem folyik benne csillagkeletkezés. Míg ezen a távolságon túl egyértelműen detektálhatóak bennük HI régiók. A „vízválasztó távolság” nagyjából 270 kpc a Tejútrendszerünkhöz hasonló galaxisok esetén. Ez a szabályszerűség nemcsak saját galaxisunk körül figyelhető meg a Lokális Csoportban, de az M31 esetén is. A pontosság kedvéért meg kell jegyeznem, hogy bár a legtöbb törpe galaxisra igaz ez, de természetesen pár renitens mindig akad. A tapasztalt jelenség oka pedig az, hogy a nagy spirál galaxisok kiterjedt halóval rendelkeznek, mely gázt is tartalmaz. Ha egy törpe galaxis megfelelő közelségbe kerül, akkor beleütközik ebbe a gázba, és a fellépő torlónyomásnak köszönhetően elveszíti a csillagközi anyagát (Ram Pressure Stripping). Hasonlóan ahhoz, ahogy a menetszél kerékpározás közben lefújja az ember fejéről a sapkát. Az NGC2903 HI környezetének megfigyelése közben a Lokális Csoporton kívül is sikerült tetten érni ezt a jelenséget. Judith A. Irwin és csapata talált egy új HI régiót az NGC2903-on kívül, mely a kutatóktól a N2903-HI-1 jelölést kapta. Később az optikai tartományban ezt a rádióforrást az SDSS J093039.96+214324.7 törpe galaxissal azonosítottak, melyről megállapították, hogy ez is az NGC2903 egyik kísérő galaxisa.  A N2903-HI-1 külön érdekessége, hogy üstökös szerű struktúrát mutat a 21 cm-es hullámhosszon, vagyis éppen azt figyelhetjük meg, ahogy az NGC2903 halójával ütközik. A torlónyomás „kifújja” a gázt a kis galaxisból. Miközben az NGC2903 újabb csillagpopulációkhoz gyűjt készleteket, a csillagközi anyagától megfosztott törpe galaxisokban leáll a csillagok keletkezése. Igen valószínű, hogy ez a sors vár az SDSS J093039.96+214324.7 galaxisra is.

NGC2903-LRGB-20150309-2026-sx-480s-TTK-label.JPG

Az NGC2309 felvételemen is látható kísérő törpe galaxisai. Felső jelölés: UGC5086 (PGC 027115). Alsó jelölés: SDSS J093039.96+214324.7

Herschel hitt abban, hogy az általa ködöknek nevezett objektumok (a planetáris ködöket leszámítva) csillagokra bonthatóak. Mindez csak a távcső teljesítőképességének a kérdése. Nos, ha a ködjei esetében nem is lett teljesen igaza, az kétségtelen, hogy a mai műszerekkel képesek vagyunk sokkal „mélyebben” belelátni a kozmoszba, és mindezt az elektromágneses sugárzás különböző tartományában. A csillagászok az elmúlt több mint 200 évben messzire jutottak attól az éjszakától, amikor is Herschel felfedezte az NGC2903-at. A motiváció azonban mit sem változott ez idő alatt: megismerni, megérteni a környező világot. Végtére is ebben élünk.

Felhasznált irodalom:

Wolfgang Steinicke: The M51 Mystery: Lord Rosse, Robinson, South and The Discovery of spiral Structure in 1845

Alonso-Herrero, S. D. Ryder, J. H. Knapen: Nuclear star formation in the hotspot galaxy NGC 2903

Tschöke, G. Hensler, N. Junkes: An X-ray halo in the “hot-spot” galaxy NGC 2903

A. Irwin, G. L. Hoffman, K. Spekkens, M. P. Haynes, R. Giovanelli, S. M. Linder, B. Catinella, E. Momjian, B. S. Koribalski, J. Davies, E. Brinks, W. J. G. de Blok, M. E. Putman, W. van Driel: LCDM Satellites and HI Companions – The Arecibo ALFA Survey of NGC 2903

Jana Grcevich, Mary E Putman: HI in Local Group Dwarf Galaxies and Stripping by the Galactic Halo

 

Köszönöm Sánta Gábornak Messier üstökös megfigyeléseivel kapcsolatos lektori munkáját.

 

M97

M97-M108-20141224-0046-TTK

M97 és M108

2014-12-24 – Göd – 30 x 300 sec L

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

SXVR-H18 CCD kamera

M97-M108-LRGB-20150212-2124-TTK

M97 és M108

2014-12-24 – Göd – 30 x 300 sec L

2015-02-12 – Göd – 10 x 300 sec R, 10 x 300 sec G, 10 x 300 sec B

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

SXVR-H18 CCD kamera

Charles Messier katalógusa összesen négy planetáris ködöt tartalmaz, melyből az M97 az egyik. Csak szupernóva maradványból van kevesebb, melyet a Rák-köd (M1) egyedül képvisel. Az M97 felfedezője azonban nem maga Messier, hanem barátja, és egyben asszisztense: Pierre Méchain.

William Parsons, ismertebb nevén Lord Rosse az 1840-es években készített megfigyelést erről a planetáris ködről. Az általa készített rajzon az objektum egy bagoly fejére emlékeztetett. Bár egy soha többé nem észlelt, mások által meg nem erősített csillag is szerepel a rajzon (az egyik szem), az M97-en rajta ragadt a Bagoly-köd elnevezés. Olyannyira, hogy szakcsillagászok tudományos publikációkban még manapság is használják azt néha.

M97_Lord_Rosse

Lord Rosse rajza az M97-ről.

Az M97 a Nagy Medve (Ursa Major) csillagkép Marek (β UMa) nevű csillagától alig több mint 2° távolságra van. A távcsőbe pillantva több fényesebb csillag kalauzol minket egészen a 9.9 magnitúdós és 3ˊ átmérőjű planetáris ködig. Az odavezető úton szembetalálkozunk a majdnem az élével felénk forduló M108-as küllős spirál galaxissal, amely keleti-nyugati irányba megnyúlt 8.6ˊ hosszúságú „fényszivarként” dereng a távcsőben.

M97-map3

A Nagy Medve csillagkép 7 fényes csillaga alkotja a Göncölszekeret. A szekér „alatt” akadhatunk rá az M97-re.

M97-map4

A Marek-től (β UMa) alig több mint 2° távolságra található az M97, közelében pedig ott az M108.

A két Messier objektum gyönyörű párost alkot egy látómezőben. Miközben szemléljük a látványt, érdemes azon eltöprengeni, hogy valójában milyen hatalmas távolság választja el egymástól a planetáris ködöt, és a galaxist. Míg az M97 körülbelül 2600 fényévre van tőlünk (távolsága igen pontatlanul ismert), addig az M108 45 millió fényévre. A felvételen vannak ennél is nagyobb messzeségben lévő egzotikus objektumok. Amennyiben az olvasó még távolabbra szeretne utazni a térben is időben, akkor javaslom, olvassa el az M108-ról írt korábbi bejegyzésem „Kvazárok és távoli aktív galaxis magok” alcímet viselő részét.

De hogyan is jönnek létre a planetáris ködök? Miután a 0.8 és 8 naptömeg közötti csillagok magjukban felhasználták hidrogén készleteiket, felfúvódnak, és vörös óriás csillagokká válnak. Beindul a hélium fúziója, miközben a külső héjakba tevődik át a hidrogén fúzió. A csillag tehát eljut az AGB fázisba (asymptotic giant branch – aszimptotikus óriás ág a Hertzsprung–Russell diagramon). Ebben a fázisban a csillagok instabilak, és jellemző rájuk a helium flash nevű jelenség. Mire ez bekövetkezik, addigra a csillag magja javarészt már szénből és oxigénből áll. A héliumnál nehezebb elemek fúziója azonban már nem tud beindulni, mert ehhez nem elég nagy a tömegük, így a magjukban nem alakulnak ki az ehhez szükséges feltételek (nyomás, hőmérséklet). A belső, a termonukleáris fúzió szempontjából inaktív magot, egy hélium, azt pedig egy hidrogén héj veszik körbe. A fúzió javarészt a hidrogén héjban történik, miközben hélium jön létre, mely lefelé „szivárog” a hélium héj felé. Így ebben az alsó héjban a nyomás egyre nő. A hélium fúzió roppantmód nyomás és hőmérséklet érzékeny folyamat. Egyszer csak megteremtődnek a feltételek, és robbanásszerűen beindul a hélium fúziója. A kifelé irányuló erő kitágítja a hidrogén héjat, az kevésbé lesz sűrű, és leáll benne a hidrogén fúzió. Egy darabig még folyik a hélium héjban a fúzió, majd az is leáll. A hidrogén héj összehúzódik, elég sűrűvé válik, és kezdődik az egész ciklus elölről.

A helium flash jelenség többször is bekövetkezik, és minden egyes ilyen alkalommal megindul a viszonylag kis sebességű, de a magból a felszínre emelkedett szén és egyéb nehéz elemeknek köszönhetően porban gazdag, sűrű csillagszél. E nehezebb elemek alkotta por magával sodorja a felfúvódott csillag külső rétegeiből a gázt. Elsőre hihetetlennek hangzik, de ez a csillagszél elviheti a csillag tömegének 50-90%-át is. Miközben a csillag tömeget veszít, lassan teljesen leállnak a fúziós folyamatok, és fehér törpévé válik. Gyakorlatilag csak a lecsupaszított, szénben és oxigénben gazdag roppant forró mag marad hátra. Ennek felszíni hőmérséklete a 100000 K-t is meghaladhatja. A fehér törpévé válás folyamán a lassú és sűrű csillagszelet, gyors, de kis sűrűségű csillagszél váltja fel. Alapvetően a két különböző típusú anyagkiáramlás bonyolult kölcsönhatása és a központi csillag intenzív UV sugárzása az, mely meghatározza a planetáris köd felépítését, illetve láthatóvá teszi azt.

A planetáris ködök csillagászati időskálán mérve roppant gyorsan jönnek létre. Az AGB fázis végén ehhez elég mindössze néhány évszázad. Létezésük pedig alig pár tízezer év. Nukleáris fúzió hiányában a csillagszél megszűnik, miközben lassan a fehér törpe állapotba jut a csillag. Mire ez a folyamat teljesen befejeződik, a planetáris köd elenyészik az űr sötétjében, láthatatlanná válik.

Biztosan emlékszik még az olvasó, hogy azzal kezdtem, hogy Messier katalógus 110 objektumából mindössze 4 csak a planetáris köd. Valószínű, hogy ennek egyik oka éppen ezen objektumok rövid élettartama.

Nézzük, hogy a fenti általános ismertető után milyen jellemzőkkel is bír maga az M97. A központi csillag a megfigyelések szerint roppant forró, effektív hőmérséklete 123000 K. Jelenleg 0.7 naptömegű, azonban a külső burok ledobása előtt még 1.5-2 naptömegű lehetett. Érdekes azonban, hogy a köd tömegének meghatározásakor, mindössze csak 0.15 naptömeget kaptak eredményül a kutatók.

Az M97 látszólagos méretének és távolságának ismeretében (mint azt fentebb is írtam, ez utóbbi elég pontatlanul ismert), a planetáris köd átmérője 2-3 fényévnek adódik. Ezen eredményt és tágulási sebességét felhasználva, az úgynevezett dinamikus kora 6000 év körülinek mondható.

M97-M108-LRGB-20150212-2124-M97_cut-TTK

A planetáris ködök roppant változatos morfológiájúak. Foglalkozzunk most konkrétan csak az M97-tel, ahogy ezt több kutató is tette az elmúlt évtizedekben. Egy jó modell a planetáris köd morfológiáját és dinamikáját is leírja. Azonban előtte ezeket fel kell térképezni. Ezt a munkát végezte el Martin A. Guerrero, You-Hua Chu, Arturo Manchado, Karen B. Kwitter. Eredményeikről 2003-as publikációjukban számoltak be. Ismertették mérésük metodológiáját, és modelljüket, mely minden korábbinál jobban adta vissza a műszerekkel megfigyelhető tulajdonságait ennek a planetáris ködnek.

M97-morfologia

Az M97 felépítése – A külső héj (Outer Shell) körszimmetrikus. A köd belseje (Inner Shell) pedig ellipszoid (1:1.1 az elnyúltság) alakú régió. Ebbe a belső részbe két bipoláris üreg (Central Cavity) helyezkedik el. (Forrás: Martin A. Guerrero, You-Hua Chu, Arturo Manchado, Karen B. Kwitter – Physical Structure of Planetary Nebulae. I. The Owl Nebula)

A köd külső héja körszimmetrikus. Ezen belül foglal helyet az ellipszoid alakú belső terület, melyben két nagy bipoláris üreg található. Ezeknek az üregeknek a hossztengelye 30 fokos szöget zár be a látóirányunkkal. Az üreget, az AGB fázis végén, a nagymennyiségű anyag kidobását követő gyors csillagszél vájta ki. Megnézve a felvételemet, azon is látszik, hogy a bagoly egyik szeme sötétebb. Ez az üreg néz ugyanis nagyjából a mi látóirányunkba. A központi csillag gyors szele napjainkra már rég lecsendesedett, és megkezdődött a lassú feltöltődése az üregeknek.

2014 december 23/24. éjszaka

Az M97 érdekes planetáris köde a tavaszi égboltnak. Ilyenkor, napnyugta után, a Nagy Medve (Ursa Major) csillagkép már magasan a fejünk fölött tartózkodik, így kitűnő lehetőség nyílik a megfigyelésére. Én mégsem tavasszal láttam neki a felvételem elkészítésének, hanem egy decemberi éjszakán éjfél után.

Megnézve a meteorológiai előrejelzéseket, és a műholdas képeket, 2014. december 23/24. éjszakája végre igazán derültnek ígérkezett. Miután a gyermekek lefeküdtek, kipakoltam a kertbe a távcsövet. Erősen fújt a szél, és a felhőzet is csak lassan indult oszlásnak. Egészen éjfélig reménytelennek látszott a helyzet. Ekkor a felhők eltűntek, a szél azonban megmaradt. Addigra az előre kiválasztott objektum már kedvezőtlen helyzetbe került, így más célpont után kellett néznem. Ekkor eszembe jutott régi vágyam, hogy az M97-et és az M108-at együtt örökítsem meg. Aznap el is készült 30 Luminance szűrős felvétel, melyből végül összeraktam az első monokróm verziót.

A felvételt nem tekintem befejezettnek, folytatni szeretném majd. Talán éppen egy kellemes tavaszi éjszakán.

M56

M56-20140724-TTK

M56

2014-07-24 – Göd – 51 x 55 sec Light és 15 x 55 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera

„Csillagok nélküli köd, mely halvány.” Így írt az M56-ról Charles Messier. Valójában, az M4 kivételével a 29 általa katalogizált gömbhalmaza közül egyet sem tudott csillagokra bontani, mivel távcsöveinek teljesítménye messze elmaradt a mai műszerek mögött.

Az M56 a Lant csillagképben található, nagyjából félúton a Hattyú Albireo (β Cygni) és a Lant Sulafat (γ Lyrae) nevű csillagait összekötő egyenes mentén.

M56-map1-label

Az M56 az Albireo (β Cygni) és a Sulafat (γ Lyrae) nevű csillagokat összekötő egyenes mentén található.

Távcsövünkben állítsuk be a fényes Albireo-t (β Cygni), majd miután megcsodáltuk a megunhatatlan aranysárga és kék komponensekkel rendelkező kettőscsillagot, induljunk is tovább a Sulafat (γ Lyrae) irányába. Az M56 felé vezető úton először a 2 Cygni 4.95 magnitúdós csillag mellet haladunk el, majd a látómezőben feltűnik az 5.85 magnitúdós vöröses fényű HIP 94630 katalógusjelű csillag. Ettől egy kicsit vissza, az Albireo felé, alig félfoknyira található maga az M56.

M56-map2

Az M56-ra ráakadhatunk a HIP 94630 katalógusjelű csillagtól alig félfoknyira az Albireo irányába.

Az M56 látszólagos mérete az égen, az általam korábban fotózott gömbhalmazokhoz (M3, M13, M15, M92, NGC104 – 47 Tuc) képest viszonylag kicsi, mindössze 7ˊ 6˝. De nemcsak látszólagos méretben, fényességében is elmarad mögöttük. A halványabb Messier katalógusbeli gömbhalmazok közé tartozik, fényesség mindössze 8.3 (V) magnitúdó. Kicsiny felületi fényessége ellenére megigéző a látvány, ami az okuláron keresztül fogadja a megfigyelőt, ugyanis a Naprendszer és az M56 térbeli elhelyezkedésének köszönhetően, a Tejút megannyi csillaga mögött láthatjuk. A halmaz mindössze 4800 fényévvel helyezkedik el a galaxis síkja fölött, míg tőlünk mért távolsága 32900 fényév. Vagyis valamivel éppen a galaxis síkja fölött, és messzebbre helyezkedik el tőlünk, mint a Tejút centruma.

M56-Tejut-C

Az M56 tőlünk 32900 fényévnyi távolságra van. A galaxis fősíkjától 4800 fényévre, északra helyezkedik el. A galaxis centrumától mért távolsága 31500 fényév.

Ez a 84 fényév átmérőjű és 230000 naptömegű gömbhalmaz azonban sokkal különlegesebb, mint azt az okuláron keresztül megpillantva elsőre gondolnánk.

Pörgessük vissza az idő kerekét egészen az ősrobbanást követő első pár másodpercig. Ekkor vette kezdetét az úgynevezett ősi nukleonszintézis (primordial nucleosynthesis, Big Bang nucleosynthesis), melyben összeálltak a legkönnyebb atommagok. Ebben a folyamatban a hidrogén atommagjából kiindulva, mely tulajdonképpen egyetlen proton, a következő elemek atommagjai jöttek létre: deutérium (H-2 kis mennyiségben), hélium (főleg He-4 és kis mennyiségben He-3), és a lítium (Li-7 nagyon kis mennyiségben). Létrejött még két radioaktív izotóp atommagja is, vagyis a tríciumé (H-3) és berilliumé (Be-7), de ezek instabilak lévén héliummá (He-4) és lítiummá (Li-7) bomlottak el. Az egész folyamat az ősrobbanást követő 10 másodperc és 20 perc között történt a ma elfogadott modellek szerint. Innentől kezdve egészen az első csillagok megszületéséig állandó volt a világegyetem kémiai összetétele. A csillagok energiatermelését biztosító fúziós folyamatok azonban ezt megváltoztatták, illetve ezek hozták létre az előbb felsoroltaknál nehezebb elemeket egészen a vasig bezárólag. Az ennél nehezebb elemek szupernóva robbanások termékei. A haldokló csillagok csillagszelükkel, a nagytömegű csillagok a szupernóva robbanások révén pedig igen hatékonyan szennyezték be az univerzumot. A földi élet nélkülözhetetlen eleme, a szén is a csillagokban keletkezett. Az általunk belélegzett oxigén szintén. Az esküvők egyik elmaradhatatlan kelléke, a karikagyűrű aranya pedig szupernóva robbanás terméke.

A csillagászok minden elemet a hidrogénen és a héliumon túl a periódusos rendszerben fémnek neveznek. Egy csillag fémtartalmát általában a Naphoz szokták hasonlítani a kutatók. A világegyetem története folyamán, a csillagoknak hála folyamatosan dúsult fémekkel. Az újabb és újabb csillaggenerációk egyre több fémet tartalmaztak, így minél alacsonyabb fémtartalmú egy csillag a Naphoz képest, annál ősibb objektum.

A Tejútrendszer 150 ismert gömbhalmazzal rendelkezik, de a valódi szám 180 körül lehet. A gömbhalmazok igen ősi objektumok. A legfiatalabb is legalább 8-10 milliárd éves. A gömbhalmazok fémtartalom vizsgálata rámutatott egy érdekességre. A kutatók megállapították, hogy a gömbhalmazok kora sem teljesen egységes galaxisunkban, vagyis meghatározott korcsoportokról lehet beszélni. Bizonyos elképzelések szerint egyes halmazokat a Tejútrendszer bekebelezett azok szülő galaxisával együtt. Ebben a galaxisban máskor és másképpen történt a gömbhalmazok kialakulása, ez pedig magyarázhatja a koruk közötti eltérést.

Az M56 fémtartalma még a gömbhalmazok között is igen alacsonynak számít. Már ez is arra utal, hogy igen idős. De nem ez az egyetlen kézzelfogható bizonyíték a korát illetően.

A gömbhalmazok korát a HRD (Hertzsprung-Russel Diagram) alapján becsülik meg a csillagászok. A halmaz tagjai jó közelítéssel egyszerre keletkeztek. A nagyobb tömegű fényesebb és forróbb csillagok hamarabb elhasználják hidrogén készleteiket, és elhagyják a fősorozatot. Az idő előrehaladtával már csak a kisebb tömegű, és kevésbé fényes csillagok maradnak a fősorozaton. Minél idősebb egy halmaz, annál lejjebb tolódik az a pont (Turnoff point) a fősorozaton, ahol a csillagok „elkanyarodnak” az óriás ág felé. Felrajzolva a HRD-t egy adott halmazra, az előbb említett pontnak a meghatározásával, továbbá felhasználva a csillagfejlődési elméleteket, megbecsülhető a halmaz kora.

turnoff_point

Egy hipotetikus gömbhalmaz Hertzsprung-Russel diagramja. Rajta azzal a ponttal (turnoff point), ahol a csillagok „elkanyarodnak” az óriás ág felé.

Több kutató csoport is végzett kormeghatározási vizsgálatot az M56 esetében. Az egyes csapatok más-más eredményeket publikáltak, melyek alapján azt lehet mondani, hogy a gömbhalmaz kora 13 és 13.7 milliárd év közé tehető. Összehasonlításképpen a világegyetem korát 13.8 milliárd évre becslik a kozmológusok. Az M56 egy döbbenetesen öreg, a központja felé csak mérsékelten sűrűsödő, kis fémtartalmú gömbhalmaz. A közös csillagbölcsőben született csillagmatuzsálemek itt vannak viszonylag közel, így nem is kell nagyon messzire pillantanunk ahhoz, hogy következtetéseket vonjunk le az univerzum fejlődésével kapcsolatban. Egészen pontosan, a nagyon távoli, és éppen ezért fiatalnak látszó objektumok vizsgálata mellett, a közeli igen idős objektumok is rengeteg információt hordoznak a világegyetem fejlődésével kapcsolatban.

Ezzel azonban még nem merült ki az M56 érdekességeinek sora. A gömbhalmaz a galaxis centruma körül retrográd pályán mozog, vagyis keringési iránya ellentétes a galaxis korongjában található csillagok keringési irányával. Alaposan megvizsgálva pályájának tulajdonságait, a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy az M56 nem is a Tejútrendszerben született. Csillagászati értelemben nem sokkal az ősrobbanás után, egy másik galaxisban sűrűsödött össze az a hatalmas méretű gázköd, melynek folyományként megszülettek csillagai. Később ez a galaxis kölcsönhatásba került a Tejútrendszerrel, és galaxisunk egyszerűen felfalta, magába olvasztotta.

Mi vett arra rá, hogy éppen az M56-ről készítsek felvételt 2014. július 23/24. éjszakáján, már jóval éjfélen túl? Az, hogy az M56 Messier katalógusának talán az egyik legöregebb objektuma, továbbá valószínűleg valaha egy másik galaxisban született, roppant izgalmassá tette számomra ezt a gömbhalmazt. Ezen túl nekem esztétikai élményt is jelentett az, ami a hivatásos csillagászoknak nehézséget okoz, miszerint az előtércsillagok sokaságától nem könnyű megkülönböztetni a halmaztagokat. Nekem azonban nem kellett megkülönböztetni, elég volt csak gyönyörködni a látványban.

Az M56 megragadott, így még 24 óra sem telt el, és az idei Meteor Távcsöves Találkozó (MTT2014) első estéjén, újra távcsővégre került. Mennyivel pompásabb volt Tarján ege alatt a látvány, mint az otthoni fényszennyezett égen! Távcsövemet, mintha kicserélték volna. Ilyenkor mindig elszomorít, hogy a fényszennyezés mennyi élménytől fosztja meg az égbolt csodái iránt érdeklődő embert. Ebbe pedig nem szabad beletörődni. Igenis tenni kell, hogy ezek a csodák (is) megmaradjak gyermekeinknek.

M3

M3-LRGB-20140604-TTK

M3 – LRGB változat

2014-06-04 – Göd – 84 x 14 sec Luminance, 20 x 14 sec R, 20 x 14 sec G, 20 x 14 sec B és 15 x 14 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera, Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

Az M3 gömbhalmazt 1764. május 3-án fedezte fel Charles Messier a Vadász Ebek (Canes Venatici) csillagképben. Arra készültem, hogy napra pontosan 250 évvel később készítek is egy felvételt erről a csodás halmazról. Az ember hiába tervez azonban, az időjárás a nagyobb úr. A felhők fölött nincs hatalmam, így belenyugodtam abba, hogy ebből már nem lesz kerek évfordulós felvétel.

Az M3 felfedezése után Messier életében is jelentős fordulat állt be. Még 1758. szeptember 12-én fedezte fel az M1-et (Rák-köd), majd két év telt el a második objektumig, mely a Vízöntő (Aquarius) csillagképben található M2 gömbhalmaz volt. Ezután újabb évek teltek el, mire az M3-at felfedezte. Ez volt az első olyan objektuma, melyet valóban ő pillantott meg először és nem újrafelfedezésről volt szó. Innentől kezdve felgyorsultak az események, és a következő 7 hónapban feljegyzésre került még 37 objektum. Mi lehetett ennek az oka? Miért fedezett fel az első 6 évben csak hármat? Miért volt annyira termékeny az ezt következő 7 hónap? A lehetséges válaszok megfogalmazásához fontos tudni, hogy 1758 és 1764 között 5 üstököst is felfedezett. Valószínű, hogy ezekkel az általa kezdetben üstökösnek vélt objektumokkal már mind találkozott ebben a roppant aktív megfigyelői periódusában. Később pedig visszatérhetett azokhoz, melyeket első megpillantáskor még üstökösnek vélt, hogy feljegyezze pozíciójukat, leírást készítsen, és katalógusba foglalja azokat. Az is hozzátartozik az igazsághoz, hogy amikor egyre másra akadt rá olyan dolgokra az égen, melyekről kiderült, hogy mégsem üstökösök, elhatározta, átnézi mások korábban összeállított katalógusait is. Így próbálta elkerülni, hogy valami megtévessze a Naprendszer csóvás vándorainak keresése közben. Átnézte Hevelius, Halley, Maraldi, de Cheseaux, LeGentil, és Lacaille katalógusait. Ezeket az objektumokat is szerepeltette saját katalógusában, ha az megfelelt annak a kritériumnak, hogy ködös volt a megjelenése. Természetesen arról is készített feljegyzést, ha nem találta meg valamelyik objektumát az előbb felsorolt katalógusoknak. Talán tudományos karrierjének emelkedése is nagy szerepet játszott abban, hogy 7 hónap alatt háromtagúról negyvenesre hízott a katalógusa. 1764-ben a Tudományos Akadémia tagságára jelölték, 1765-ben Királyi Természettudományos Társaság tagjának választották. 1769-ben megtalálta a C/1769 P1 fényes periodikus üstököst.  Még ebben az évben a Svéd Akadémiának is tagja lett. Viszonylag rövid idő alatt az akkori csillagászati élet ismert szereplőjévé vált. Az a tény, hogy elismert csillagász lett, minden bizonnyal újabb felfedezésekre és publikációkra buzdította. Így került kiadásra katalógusának első fele 1770-ben, mely az 1764-ig katalogizált 40 objektumát tartalmazta, és még plusz öt könnyen láthatót, melyet mások fedeztek fel.

Messier még ködös objektumként írta le a gömbhalmazt:

„A ködöt a Bootes és Hevelius egyik Vadász Ebe között fedeztem fel. Nem tartalmaz csillagokat. Közepe ragyogó, fénye fokozatosan csökken, kör alakú.”

Az írások tanúsága szerint 1784 környéke volt azaz év, amikor William Herschel először csillagokra bontotta. Így ő látta először a halmazt saját mivoltában, vagyis a központja felé sűrűsödő csillagok sokaságaként.

Távcsőben az M3 véleményem szerint az M13 után a második leglátványosabb gömbhalmaza az északi égboltnak. Talán csak azért keresik fel kevesebben, mert egy árnyalattal nehezebb rátalálni az M13-hoz képest. Pedig valójában nem is ördöngösség. A gömbhalmaz 6.2 magnitúdós és 18 ívperces méretet szoktak rá megadni, ebből a fényes mag úgy 5-6 ívperc körüli. Amatőr műszerekkel körülbelül 12 ívmásodpercesnek látszik. Ezen tulajdonságainak köszönhetően biztosan felismeri az ember, amikor távcsövével célhoz ér. A legegyszerűbb, ha az Arcturus-tól (α Boo) egy képzeletbeli egyenes mentén elindulunk a Cor Caroli (α CVn) felé. Már majdnem félúton ráakadunk erre a feltűnő gömbhalmazra. Akár egy binokulárral is megpróbálkozhatunk a megkeresésével. Saját tapasztalatom szerint, egy 10×50-es, vagy 20×60-as binokulárral kicsiny ködös csillag benyomását kelti. Saját távcsövem keresőjében szintén ilyen a megjelenése. Eltéveszthetetlen.

M3-id

Az M3 az Arcturus-tól (α Boo) egy képzeletbeli egyenes mentén a Cor Caroli (α CVn) felé majdnem félúton található.

Tejútrendszerünkben, a galaxis síkjától 31600 fényévnyire, északra helyezkedik el, míg annak magjától durván 38800 fényév választja el. Mi, amikor távcsővel szemléljük, akkor 33900 fényévnyi távolságba tekintünk, és egyben ugyanennyi évet vissza a múltba.

M3-mw

Az M3 elhelyezkedés a galaxisban. A kis sárga pötty a Napunkat, a kékkel bekarikázott sárga folt az M3-at jelöli.

Az M3 a Tejútrendszer nagyjából 150 ismert gömbhalmaza közül az egyik legnagyobb tömegű és egyben az egyik legfényesebb is. Gondoljunk csak bele, hogy ilyen távolságból is 6.2 magnitúdósnak látszik. Ebből kiszámolható, hogy -8.93 magnitúdós az abszolút fényessége. Olyan, mintha 300000 Nap fényével ragyogna. A kutatók szerint nagyjából félmillió csillagból áll.

Az M3 mérete körülbelül 180-220 fényév. A méretét több módszerrel is megpróbálták meghatározni. Ez egyfelől a távolság és az égen látszó méret ismeretében számolható ki. Nézzük először is a látszólagos méret kérdését. Elsőre fel sem merül az emberben, hogy ez egyáltalán tényleg kérdés lehet. Pedig nem is olyan egyszerű meghatározni mekkora is a kiterjedése egy gömbhalmaznak az égen. Csak nézzünk rá a felvételemre. Hol a pereme? Fontos megemlítenem, hogy ezen a teljes gömbhalmaznak csak egy része látszik, az valójában ennél nagyobb. A külső csillagok már beleolvadnak nálam a háttérbe. De a jelenség fellép nagy távcsövek esetén is, csak ott a magtól távolabb vesznek bele a halmaztagok az égi háttérbe. Ennek az a magyarázata, hogy a halmaz külső részén a csillagok sűrűsége már extrém módon lecsökken a belsőbb régióhoz képest. Ahhoz, hogy a halmaz külső leghalványabb tagjait is azonosítani lehessen, profi távcsövek, hosszú expozíciós idő és kifinomult módszerek kellenek. A különböző vizsgálatok alapján valahol 18 ívperc körül lehet az M3 látszólagos mérete, de van olyan kutató, aki 20 ívpercet mond a saját megfigyelései és mérései alapján. A méretet tekintve azért a különböző eredmények jó egyezéseket mutatnak. Nézzük a távolság kérdését. Az M3 is, akár a többi gömbhalmaz, bővelkedik RR Lyrae változócsillagokban. Ezen halmazváltozóknak is nevezett csillagok pulzációs periódusa és abszolút fényességük között pedig reláció áll fent, így tökéletesek távolság meghatározására, akár csak a Cepheida változók. Amennyiben e változócsillagok segítségével meghatároztuk a távolságot, már csak egyszerű matematika a látszó méretből a valódi méret kiszámítása.

A másik módszer a méret meghatározására azon alapszik, hogy a kutatók megpróbálják megmondani, mekkora régióban uralkodik a gömbhalmaz gravitációs tere. Az ezen kívül eső csillagok már meg tudnak szökni a halmazból. Pontosabban, a galaxis árapály keltő hatása révén ezt le tudja szakítani a halmazról. Az M3 igen elnyúlt pályán (e=0.55) kering a galaxis centruma körül annak a halójában. Keringése folyamán, a legtávolabbi pontján 66000 fényévre kerül a galaxis magjától és 49000 fényévre is eltávolodik a galaxis síkjától. Pályájának legközelebbi pontja a galaxis magjához pedig 22000 fényév. E közelség esetén a legkisebb az a térfogat, ami felett a gömbhalmaz gravitációja uralkodik, vagyis amiben még képes megtartani a csillagait. Ennek a területnek az átmérője számítások szerint ilyenkor valamivel kevesebb, mint 200 fényév. Ebből az következik, hogy az M3 mérete valamivel 200 fényév alatt lehet.

Az 500000 csillag tehát közel 200 fényéves területen oszlik el. A csillagok sűrűsége pedig folyamatosan csökken a gömbhalmaz magjától távolodva, ahogy ezt már fentebb is írtam. A halmaz magja roppant sűrű és viszonylag kicsi. Mérések szerint az átmérője 10-20 fényév nagyságrendbe esik. A halmaz tömegének viszont közel a fele ezen a területen összpontosul. Irdatlan zsúfoltság van a halmaz belsejében. A gömbhalmazokat éppen e tulajdonságuk alapján is osztályozzák. Van, amelyiknek iszonyúan sűrű magja és diffúz a halója, míg másoknak egyáltalán nincs is diszkrét, sűrű magja. A 12 fokozatú Shapley–Sawyer osztályozásban, mely a halmaz csillagainak koncentrációján alapszik, az M3 középen helyezkedik el. Besorolása: VI.

Az M3 egy igen idős objektum, kora becslések szerint 8-10 milliárd év. A gömbhalmazok korát a HRD (Hertzsprung-Russel Diagram) alapján becsülik meg. A halmaz tagjai jó közelítéssel egyszerre keletkeztek. Arról, hogy mit is jelent a „jó közelítés”, egy kicsit később még szó lesz. A nagyobb tömegű fényesebb és forróbb csillagok hamarabb elhasználják hidrogén készleteiket, és elhagyják a fősorozatot. Az idő előrehaladtával már csak a kisebb tömegű, és kevésbé fényes csillagok maradnak a fősorozaton. Minél idősebb egy halmaz, annál lejjebb tolódik az a pont a fősorozaton, ahol a csillagok „elkanyarodnak” az óriás ág felé. Felrajzolva az M3 esetén a HRD-t rögtön szembetűnő, hogy a jelentősebb fényességű nagytömegű csillagok már mind elfejlődtek a fősorozatról. Ezeknél, a csillag energia ellátását már rég nem a magban zajló hidrogén héliummá történő átalakítása szolgálja. Azoknál az óriásoknál és szuperóriásoknál, ahol még mindig hidrogénből héliumot gyárt a csillag, az már nem a magban, hanem külsőbb héjakban történik, melynek következtében a csillag felfúvódik, és külső része lehűl. Ezek a képen a fényes narancs és vörös színű domináns csillagok. A horizontális ág tagjai pedig a magjukban már héliumból szenet hoznak létre. Ez a folyamat a kék szín irányába tolja a csillag fényét. Az óriások és a horizontális ág között van egy rés, ahol a már korábban megemlített RR Lyrae csillagok találhatóak. A rés azért van, mert a két állapot között csillagászati értelemben a csillagok hamar keresztüljutnak. Az RR Lyrae váltózó csillagok magjában már javában folyik a hélium szénné alakítása.

M3_HRD-label-cut

Az M3 Hertzsprung-Russel diagramja. A fősorozat, az óriás ág, a horizontális ág, és a kék vándorok régióját nyíllal jelölve. Az RR Lyrae változókat a kék pöttyök jelölik.

Az M3-ban összesen mintegy 200 darab változócsillagot azonosítottak. Ez a szám több mint akármelyik másik gömbhalmazban azonosítottak száma. Az M3 a nagy gömbhalmazok közé tartozik, de ebben egyértelmű rekorder. Számomra ez a téma különösen érdekes, mert amatőrcsillagászként évekig követtem csillagok fényének a változását. Vagy, ahogy az amatőr szleng említi: változóztam. Bár RR Lyrae típusúakkal nem foglalkoztam, mert azok megfigyelése inkább a hivatásos kutatók profiljába vág.

M3-variables

Az M3 változócsillagai – az animációt egy éjszaka 4 különböző időpontjában készült felvételeiből rakták össze. Minden időpontban 3 szűrőn keresztül (BVI) rögzítettek felvételeket, és ebből készült a színes kép (Krzysztof Stanek, Andrew Szentgyorgyi – Publikáció: Joel Hartman)

De nemcsak ezzel tart rekordot. A halmaz igen érdekes objektumai a kék vándorok. Ezek a csillagok nagyon nem illenek bele abba a képbe, amit a halmaz esetén a felrajzolt HRD-t tanulmányozva a csillagok fejlődéséről megállapítottak korábban. Ezek a fősorozat közelében abban a tartományban találhatóak, ahonnan korábban a nagytömegű kékes csillagok már régen elfejlődtek. Létezésükre a ma elfogadott egyik magyarázat, hogy ezek halmaztagok összeolvadásával jönnek létre. Így lehetséges csak, hogy sokkal nagyobb a felszíni hőmérsékletük (kékebbek), mint az azonos fényességgel rendelkező halmaztagoké. Életpályájuk egészen más lett ennek köszönhetően, mint a halmaz kialakulásakor létrejött fősorozatbelieké.

Pontosan nem ismeretes még ma sem, hogy a galaxisok fejlődésében milyen szerepet is töltenek be a gömbhalmazok és kialakulásuk pontos körülményét is homály fedi. Egyelőre nem ismerünk olyan gömbhalmazt, amiben ma is aktív csillakeletkezés zajlik. Régebben úgy kezelték őket, amiben minden csillag egyszerre keletkezett. Közben a kutatók felfedezték, hogy bizonyos gömbhalmazok nem is egy nemzedék csillagaiból állnak. Van olyan példánya ezen objektumoknak, melyeknél az első nemzedék után 100 millió évvel alakult ki a következő. Ezt a csillagok fémtartalmának vizsgálatával állapították meg. A később létrejöttek már tartalmazzák a korábbi generációk halálakor szétszóródó anyagot, így az azok által legyártott fémeket is, tehát nagyobb a fémtartalmuk. Ráadásul jellemzően külsőbb és elliptikusabb pályán mozognak a gömbhalmazon belül a kissé fiatalabb csillagok (aki azért így is elég idősnek számítanak).

A fémtartalom vizsgálata egy másik érdekességre is rámutatott. A fémtartalom alapján azt is megállapították a kutatók, hogy a gömbhalmazok kora sem teljesen egységes galaxisunkban. Itt jól meghatározott korcsoportokról lehet beszélni. Bizonyos elképzelések szerint egyes halmazokat a Tejút bekebelezett azok szülő galaxisával együtt. Ebben a galaxisban máskor és máképpen történt a gömbhalmazok kialakulása, ez pedig magyarázhatja a koruk közötti eltérést. Az M3 ebben is különleges, ugyanis a magasabb fémtartalmú gömbhalmazokhoz tartozik.

Remélem, hogy ezzel a rövid ismertetővel sikerült felkeltenem az olvasó érdeklődését a gömbhalmazok iránt. Amellett, hogy impozáns megjelenésűek, asztrofizikájuk is roppant érdekes. Már több évszázada figyeljük őket, de bőven akad még rejtély körülüttök. Ráadásul az M3 abba a mély-ég kategóriába tartozik, hogy az általam készített kép megtekintése után sem okoz majd csalódást egy közepes amatőrcsillagász műszer okulárjába pillantva. Ugyan a teljesen kerek 250 éves évfordulóról lemaradtam, továbbá 2014. június 4-én lehetett volna nyugodtabb és átlátszóbb a légkör, mégsem bánom, hogy aznap este a távcsövemet az M3 felé fordítottam. Jó volt a felvételek készítése közben elmélkedni egy kicsit a gömbhalmaz „viselt dolgairól”.

M3-20140604-TTK

M3 – monokróm változat

2013-06-04 – Göd – 84 x 14 sec Luminance és 15 x 14 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera

M57

M57-LRGB-20140505-TTK

M57 (Gyűrűs-köd)

2014-05-05 – Göd – 82 x 22 sec Luminance, 63 x 22 sec R, 63 x 22 sec G, 63 x 22 sec B és 15 x 22 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera, Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

A Gyűrűs-ködként is ismert M57 planetáris ködre könnyen ráakadhatunk a Lant csillagképben. A hangszer testét alkotó 4 fényesebb csillag egy paralelogrammát formáz. Ennek az alakzatnak a két csillaga, vagyis a Sulafat (γ Lyr) és a Sheliak (β Lyr) között helyezkedik el nem egészen félúton ez a mély-ég objektum.

Lyra01

A Lant (Lyra) csillagkép, és benne az M57.

A planetáris ködre Antoine Darquier de Pellepoix francia csillagász akadt rá 1779-ben. Majd nem sokkal később, tőle teljesen függetlenül, honfitársa Charles Messier is felfedezte 1779. január 31-én, miközben üstökösökre vadászott az égen. Messier katalógusában az 57. sorszámmal szerepel.

A felvételemen is jól látható központi csillag létezéséről először Friedrich von Hahn német csillagász számolt be 1800-ban. Ez után évtizedek teltek el úgy, hogy megerősítést nyert volna felfedezése. Honfitársunk Gothard Jenő 1886-ban egy 26 cm-es tükrös távcsövet használva, egészen pontosan egy 260/1967-es Newton-távcsővel, a világon elsőként sikeresen megörökítette a köd központi csillagát. Hogy mennyire más idők voltak ezek, mi sem bizonyítja jobban, hogy Gothard beszámolói szerint már 1885-ben is próbálkozott a 14.8 magnitúdós csillag lefényképezésével, de csak egy év múlva koronázta siker fáradozásait. A viszonylag érzékelten fotólemezek korában vitathatatlanul hatalmas eredmény volt, amit elért. Nagyságrendekkel többet kellet exponálnia, mint nekem 128 évvel később. Nálam már egyetlen 22 másodperces nyers felvételen jól látható a központi csillag. Azonban ehhez kellet az amatőrcsillagászok körében az utóbbi 10 évben elterjedt digitális technika. Bizony nem is olyan régen, még komoly kihívásnak számított Gothard Jenő eredményének a megismétlése amatőr felszerelésekkel.

De mit is takar a planetáris köd elnevezés, és honnan származik? Mielőtt erre a kérdésre válaszolnék, térjünk egy kicsit vissza a felfedezőkhöz, és a beszámolóikhoz.

Antoine Darquier de Pellepoix a következőket írta az M57-ről:

„Tudomásom szerint még senki sem akadt rá erre a ködre. Jó távcsőre van szükség a megfigyeléséhez. Semmilyen már ismert ködre nem hasonlít. Megjelenése emlékeztet a Jupiterére. Tökéletes kör az alakja és nagyon éles a pereme. A központi rész valamivel sápadtabb fényű, mint a felület többi része.”

Charles Messier pedig így számol be felfedezéséről:

„Egy halmaz a Gamma Lyrae és Béta Lyrae között, melyet akkor fedeztem fel, amikor az 1779-es üstököst kerestem, és ami ennek közelében haladt el. Kerek fényfolt benyomását kelti, amit apró csillagok alkotnak, azonban még a legjobb távcsövekkel is lehetetlen megkülönböztetni azokat. Csak gyanakodhatunk, hogy tényleg ott vannak.”

Még a XIX. században is általánosan elfogadott vélekedés volt, hogy minden köd csillagokra bontható, és ez csak távcső kérdése. Azonban Herschel-t pár planetáris köd megjelenése ebben elbizonytalanította. Herschel volt az a személy, aki először használta a planetáris köd kifejezést. Úgy vélte ezek újonnan kialakuló bolygórendszerek. Az elnevezést aztán átvettették a csillagászok. Annyira megragadt, hogy még akkor sem változtatták meg, amikor kiderült, hogy nem égitestek születéséhez, hanem éppen halálához vezető út egy állomását jelentik ezek a ködök. A körülbelül 0.8 és 8 kiindulási naptömeggel rendelkező csillagok a vörös óriás fázisában (AGB fázisban) a csillagszél révén történő anyagvesztés, majd a külső rétegek ledobásával hozzák létre a planetáris ködöket. A táguló gázt a hátramaradó kompakt és forró akár 100000 K felszíni hőmérsékletű központi csillag UV sugárzása gerjeszti, miközben lassan a fehér törpe állapotba jut a csillag, mivel nem elég nagy a tömege a szén és oxigén fúziójához. Mire ez a folyamat teljesen befejeződik, a planetáris köd elenyészik az űr sötétjében, láthatatlanná válik.

A Gyűrűs-köd tőlünk durván 2300 fényévre található. A távolsága még manapság is viszonylag pontatlanul ismert. Az égen 1.5 x 1 ívperc a látszólagos mérete, így valós mérete olyan 1.3 fényév körül lehet. Mivel már évtizedek óta rendelkezésre állnak nagyfelbontású felvételek a ködről, így megállapítható, hogy minden évszázadban körülbelül 1 ívmásodpercet tágul a köd. Nagyságrendileg 6-8 ezer éves lehet ez a képződmény.

hs-2013-13-e-web_print

Az M57 3D-s modellje

A planetáris ködök morfológiájáról már írtam korábban. Most kizárólag az M57-re koncentrálnék. Az M57 is, több planetáris ködhöz hasonlóan, bipoláris struktúrával rendelkezik. Ahogy fentebb is írtam a köd anyaga a központi fehér törpe csillag erős UV sugárzásának köszönhetően sugároz, az gerjeszti. Minden színért egy más kémiai elem a felelős. A köd főgyűrűje (main ring) jól látható az én felvételemen is. Ennek vöröses színe az ionizált nitrogénnek (N II tiltott vonalak – 654.8 nm és 658.3 nm) és a gerjesztett hidrogénnek (Balmer vonalak – 656.3 nm) köszönhető. Ez a vörös peremű fánk, vagy tórusz alakú terület, melyre majdnem merőlegesen látunk rá. Ezt a tórusz alakú területet oxigén tölti ki. Az oxigén emissziós vonalainak (495.7 nm és 500.7 nm) a zöldes szín köszönhető. A központi rész kékes színéért pedig a hélium (He II – 469 nm) emissziós vonalai tehetők felelőssé. A hélium a gyűrűre merőleges hossztengelyű lebenyben (Lobe) található, mely egy rögbi labda alakjára hasonlít. Ezek eddig mind megfigyelhetőek az én felvételemen is. A további struktúrák bemutatásához már egy a Hubble űrtávcső (Hubble Space Telescope) és a Nagy Binokuláris Távcső (Large Binocluar Telescope) felvételeinek kombinációjából kapott képre van szükség.

hs-2013-13-c-web_print

Az M57 a Hubble űrtávcső (Hubble Space Telescope) és a Nagy Binokuláris Távcső (Large Binocluar Telescope) felvételeinek kombinációjából kapott képen.

A felvételen, a gyűrű belső karimájában szabálytalan alakú sötét, sűrű anyagcsomók figyelhetőek meg. Ezek a csomók annyira sűrűk, hogy ellenállnak a központi csillag erős sugárzása okozta eróziónak. Olyan szerkezetet kölcsönöznek a ködnek, mintha bicikli küllők lennének benne. A csápok akkor alakultak ki, amikor a ledobott forró gázok nekiütköztek a korábban ledobott hidegebb gázoknak. A küllőknek a folytatása a főgyűrűn kívül is látható, mintha dárdák döfnék keresztül azt. Létezésük árnyékhatásnak köszönhető, melyben a sötét csomók árnyékolják a csillag sugárzását.

Végezetül a külső gyűrűk, melyek az én felvételemen szintén nem láthatóak, akkor jöttek létre, amikor a gyorsabban mozgó gáz beleütközött a korábban ledobott lassabban mozgóba.

Végezetül pedig érdemes megnézni az alábbi rövid kis videót, melyet a NASA publikált. Az angolul esetleg nem beszélő olvasó, a fentiek végigolvasása után is bizonyosan képet kap az M57 térbeli szerkezetéről.

2014. 05. 04/05 éjszaka

Az éjszaka első felét a Hold tanulmányozásával töltöttem. Az átlátszóság kitűnő volt, a nyugodtság azonban nem. Tipikus hidegfront átvonulást követő éjszaka vette kezdetét napnyugta után. Miután a Hold lenyugodott, az átlátszóság is romlani kezdett. Nem maradt más választásom, mint tesztfelvételek készítése. Ilyenkor sosem fejezek be egy témát, csak különböző beállításokkal készítek nagyjából 10 fotót a lehetséges jövendőbeli célpontjaimról. Azt is megpróbálom megállapítani, hogy mennyire merészkedhetek közel Budapest fénykupolájához. Ilyenkor mindig elszomorodom, hogy a déli egem szinte teljesen odavan.

Éjfél után viszont kezdtem elunni a dolgot. Ekkor jutott eszembe, hogy már május van, és bizony egy éve kezdtem el az asztrofotózást.  Az egyik első mély-ég objektum, amit megpróbáltam megörökíteni több-kevesebb sikerrel az a Gyűrűs-köd volt. Ezen az estén az ég állapota közel sem volt ideális, de ennek ellenére szerencsét próbáltam. Ezúttal a színek felvétele volt a fő cél, egy LRGB fotót szerettem volna készíteni. 22 másodperces expozíciós időt választottam, és készítettem 82 darab Luminance, 63 darab R, 63 darab G, és 63 darab B szűrős felvételt. Napokig nem vettem elő az anyagot, mert az ég miatt semmi jóra nem számítottam. Végül csak feldolgoztam.

Az M57 volt az első mély-ég objektum, amit távcsövön keresztül megmutattak nekem még az Uránia Csillagvizsgálóban, a nyolcvanas években. Az M57 ott volt az első objektumok között, amiről felvételt készítettem. Ezzel az M57 fotóval pedig asztrofotózással töltött első évemet ünnepelem. Egy torta ez, amit saját magam sütöttem, de egy szeletet szívesen megosztok bárkivel. Tudom, nem tökéletes. Sokat kell még tanulnom. De remélem ez az első év csak a kezdet, és még sokáig „rongálhatom” az eget így vagy úgy.

M108

m108-20140329-ttk

M108

2014-03-29 – Göd – 90 x 86 sec light és 15 x 86 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera

Folytatva tavaszi túrámat az égbolton az M108-nál állítottam meg a távcsövemet, hogy felvételeket készítsek a Messier katalógus 40 galaxisának következő tagjáról, és még másról is, de erről majd kicsit később. Ez a galaxis eredetileg nem volt része a katalógusnak. Az első kiadás ugyanis mindössze az M1-től az M45-ig tartalmazta az objektumokat. A legvégső, Messier által kiadott lista, végül 103 objektumot sorolt fel. Későbbi korok csillagászainak köszönhető az, hogy ma 110 objektumot tartalmazó katalógusként ismerjük. Owen Jay Gingerich több csillagászattörténeti könyv szerzője, foglalkozott Charles Messier életével és munkásságával. Messier feljegyzéseiben talált két objektumot, melyeket Messier kollégája, Pierre Méchain fedezett fel. Ezek pedig nem szerepeltek Messier eredeti katalógusában, noha Méchain révén tudott róluk. Ez a két galaxis a NGC3556 és NGC3992 katalógus számon volt ismert az NGC-katalógusban. Gingerich kutatásainak köszönhetően, így az NGC3556 M108-ként, az NGC3992 M109-ként került be utólag a katalógusba.

A Nagy Medve csillagképben, a Marek (Béta UMa) nevű csillagtól alig másfél foknyira található a galaxis. Az említett csillagot nagyon könnyen beállíthatjuk távcsövünkben, hogy innen tovább evezzünk az M108 irányába. Maga a galaxis 10.1 magnitúdós, roppant halvány a Messier objektumok között. Ahhoz, hogy foltos részleteit vizuálisan feltárja az én 10 cm-es műszeremnél mindenképpen nagyobb távcsövet és az aznap esti égnél sokkal tisztább, átlátszóbb, és igazán sötét eget javaslok. Az én műszeremben csak egy halvány, hosszúkás foltként mutatkozott meg ezen az éjjelen. A galaxisnak nem volt éles pereme, és bár a közepe felé folyamatosan fényesedett, nem volt egy egyértelmű csúcspont, nem látszott magszerű képződmény. Kisebb nagyítással, és megfelelő látómezővel nagyszerű párost alkot a Bagoly-köddel (M97), ugyanis távolságuk 48 ívperc. Csak az okuláron keresztül szemlélhettem a látványt, ugyanis kamerámmal a látómező durván 30 ívperc, így nem kerülhettek egy felvételre. (Később, egy másik kamerával sikerült valóra váltani ezt a vágyamat, és elkészítettem az M108 és az M97 közös fotóját.)

A kamerával természetesen nem versenyezhet az emberi szem. A fotón már szépen megmutatkozik a galaxis síkja mentén végigvonuló, kusza porsávok szerkezete, és a fényes csillagkeletkezési régiók világító felhői. A fények és árnyékok e játéka a galaxisban, foltokként láthatóak egy nagyobb távcsőben jó égen, ha nem is ilyen élesen.

Az M108 tőlünk való távolsága 45 millió fényév. Az Ursa Major Csoportnak egyik legfényesebb és legnagyobb tagja. A Tejútrendszert is tartalmazó Lokális Csoportnál néhányszor nagyobb ez a galaxis csoportosulás, és ahhoz hasonlóan gravitációsan, a nemrég felfedezett Laniakea szuperhalmazhoz kötődik. (A Laniakea szuperhalmazról részletesebben is írtam az NGC891 galaxisról szóló leírásomban.)

Lokalis_Csoport_koruli_halmazok

A szomszédságunkban elhelyezkedő galaxishalmazok, galaxis csoportosulások térbeli helyzete.

Ha már az Ursa Major halmazt a mi Lokális Csoportunkhoz hasonlítottuk, akkor hasonlítsuk össze az M108-at és a Tejútrendszert. Keressünk hasonlóságokat, és különbségeket.

Vajon egy súlycsoportba tartoznak? A rendelkezésünkre álló kutatási eredmények szerint a két galaxis mérete nagyjából azonos. Kettő 100000 fényév átmérőjű spirál galaxisról van szó tehát. De mi a helyzet a tömegükkel? Az M108 tömege csak valahol a Tejút tömegének harmada és fele között lehet.  A mi galaxisunk jóval robusztusabb.

A központi fekete lyukak területén viszont az M108 elviszi a pálmát, ugyanis nemcsak a Tejút büszkélkedhet egy hatalmas tömegű (kb. 4 millió naptömeg) fekete lyukkal a magjában. A Chandra űrtávcső röntgen tartományban történt megfigyelései alapján az M108-nak is van ilyen. Méghozzá durván 6-8-sor nagyobb a tömegű a miénknél. Becslések szerint ez a behemót 24 millió naptömegű. Ezzel a tömeggel a központi fekete lyukak között a középkategóriába tartozik.

Ezzel még nem merítettük ki azonban ennek a majdnem éléről látszó galaxisnak és a Tejútnak a hasonlatosságait. Mind a két galaxis küllős spirál galaxis. Az M108 típusa SB(s)cd. Hogyan nézhet ki egy ilyen küllős spirál galaxis, ha nem az éléről látnák? Ehhez Adam Block az NGC578-ról készült felvételét hoznám fel példának.

ngc578_SB_s_cd_example-Adam_Block

Az NGC578 Adam Block felvételén, mely szintén egy SB(s)cd morfológiai besorolású galaxis.

Valami hasonló képet mutatna az M108 is, ha nagyjából merőlegesen látnánk rá.

Még 1979-ben a Tejútrendszer HI (atomos hidrogén) területeinek a 21 cm-es hullámhosszon történt felmérése közben fedeztek fel a galaxis síkjától távolodó szálas szerkezeteket. A felmérést a Nagy Magellán-felhőben a hatvanas években talált hatalmas HI üregek miatt végezték el. Ahogy folytatták a kutatásokat a Tejútrendszerben, találtak újabb alakzatokat, melyek legtöbbször táguló üregekre, héjakra, hurkokra emlékeztettek. A legtöbbször az angol nyelvű szakirodalomban összefoglalóan csak HI supershell (HI szuperhéjnak) nevezik ezeket. A 80-as évek közepétől világossá vált, hogy bizony más gázban gazdag spirál galaxis is rendelkezik ilyen, akár több 10000 fényév kiterjedésű folyamatosan táguló struktúrával. Ez a méret igen jelentős az egyes galaxisok átmérőjéhez képest. Innentől kezdve folyamatosan keresték az újabb, és újabb jelölteket. Találtak is bőven. Egyetlen probléma volt csak és van a mai napig is, hogy pontosan megmagyarázzák mik is ezek. Az elképzeléseknek se szeri se száma. Egy biztos, hogy szuperhéjak tágulásukhoz hatalmas energia szükséges. Van olyan elképzelés, hogy az intergalaktikus térből beáramló gáz és a galaxis kölcsönhatása a hajtómotor. Vannak, akik heves csillagkeletkezés hatásának tudják be, melyek később nagyszámú szupernóva robbanást generálnak. Szerintük ezek fújják a hatalmas héjakat és alakítják a struktúrákat. Mások szerint az aktív galaxisokra jellemző rádió jet a felelős ezért. Ezen elmélet szerint ez az aktivitás időszakos, periodikus. Így nem kell feltétlenül ilyen aktív jet-et tetten érnünk akkor, amikor ezeket a hatalmas héjakat megfigyeljük. Ezen elmélet kidolgozói úgy vélik, hogy ez a periodikusság a különböző buborékok korában is tetten érhető. Vannak, akik szerint gamma felvillanások (GRB) közben felszabaduló energia indítja el a buborékok tágulását. A kérdés még ma sem tisztázott, de azt sejtik a kutatók, hogy a galaxisok fejlődésében nagy jelentőséggel bírnak ezek a képződmények. Az M108 maga is rendelkezik hatalmas szuperhéjakkal. Maga a galaxis elszigetelt. Ez azt jelenti, hogy nincs olyan galaxis, amivel éppen kölcsön hatna úgy, hogy ez befolyásolja a benne megfigyelhető jelenségeket. A hatalmas héjak létrejöttét, fejlődését egyedül maga a galaxisban lejátszódó események befolyásolhatják csak. Ráadásul majdnem pontosan éléről látunk rá az M108-ra, mely révén sokkal könnyebben nyomon követhető a héjak mozgása a csillagvároson belül. Ennek köszönhetően e héjak kutatói előszeretettel választják ki célpontnak. Így vált az évek során az M108 a HI szuperhéj kutatások egyik fontos „csataterévé”. Átnézve a különböző tanulmányokat azt lehet elmondani, hogy egyik elmélet sem magyarázza meg pontosan, az összes ilyen szuperhéj létezését és viselkedését magában az M108-ban. Van olyan, ami egyértelműen csillagkeletkezési területekhez köthető, de vannak olyan nagyobb, kiterjed HI struktúrák, amelyek nem. Erre pár tanulmány szerzője fel is hívja a figyelmet. További megfigyelésekre van szükség. Így lehet csak majd a teóriákat megerősíteni vagy megcáfolni. Ez az, ahogy a modern tudomány működik. Megfigyelésekre alapoz, felépít egy modellt, majd ellenőrzi azt, hogy összecseng-e más megfigyelésekkel. Illetve megpróbálja tetten érni a modell jóslatait. Egy biztos a hatalmas táguló gázhéjak jelen vannak ezekben a galaxisokban, és a kutatóknak még bőven adnak majd munkát a jövőben.

Ezt a munkát azonban meghagyom a szakembereknek, én csak egyszerűen tovább gyönyörködöm az ég csodáiban, és igyekszem követni az ezekkel kapcsolatos kutatásokat a magam műkedvelő szintjén.

Kvazárok és távoli aktív galaxis magok

Még az M51-ről készült felvételemhez írt cikkben elmélkedtem arról a kérdésről, hogy mi milyen messze van. Csak emlékeztetőül ott a következővel kezdtem az eszmefuttatást:

Kisfiam tett fel egyszer egy érdekes kérdést: Apa, meddig látunk el a távcsöveddel? Érdekes kérdés, és nem lehet rá egyszerűen válaszolni. Őszintén érdeklődő gyermeki kérdés ez, és nem tudtam elintézni egyetlen mondatban. Pedig nagyon igyekeztem, mert a gyermekek másik jellemző vonása, hogy a túlságosan bonyolult messziről induló válaszok esetén hamar elvesztik azt a bizonyos érdeklődésüket.

A kérdés már egy jó ideje ott bolyong a fejemben. Talán azért, mert erre a kérdésre nemcsak ő, hanem én is szeretném tudni a választ, talán már gyermekkorom óta. A kérdés inspirált, és elkezdtem vizsgálni annak a lehetőségét, hogy miként örökíthetnék meg minél távolabbi, és távolabbi objektumokat a saját amatőrcsillagász felszerelésemmel.

Több felvételemen is láthatóak háttérben galaxisok a kiszemelt célpont mellett, melyek sok esetben az adott objektumnál, legyen az akár egy galaxis, sokkal messzebb vannak. Például ezen a felvételen maga az M108 45 millió fényévre van, míg akár 500 vagy 800 millió fényévről is látszanak halványan galaxisok. A még távolabbiak fénye azonban, lassan belevész a háttérbe. Ha ennél is távolabbra szerettem volna tekinteni a kertemből, valami nagyon nagy energiakibocsájtással rendelkező égitestet kellett választanom. Szerencsére a világegyetem, rendelkezésemre bocsájtott ilyen távoli roppant fényes világítótornyokat a kvazárok és aktív galaxis magok képében.

A kvazárok története 1962-ben kezdődött Maarten Schmidt munkásságának köszönhetően, aki a 3C 273 rádióforrást csillagszerű objektumokként azonosította. Később újabb, és újabb ilyen azonosítások következtek, amikor a csillagászok elkezdték a rádióforrások optikai tartományban történő keresését. Jó pár rádióforrás helyén egy furcsa kékes színű csillagot találtak. Angol elnevezésüket is ennek köszönhetik: quasi-stellar radio source, magyarul csillagszerű rádióforrások, melyet később már csak a rövidített quasar formában használtak. Nyelvünkben fonetikusan honosodott meg: kvazár. Az igazi meglepetés akkor következett, amikor megállapították, hogy a galaxisunkon túl, hihetetlen távolságban vannak. A színképekben tapasztalt vörös eltolódás mértéke ugyanis igen nagy volt. Ez azzal magyarázható, hogy a világegyetem tágulásának köszönhetően ezek az objektumok hatalmas sebességgel távolodnak tőlünk. A Doppler-effektus pedig a vörös szín irányába tolja a vonalakat.  A távolódás sebességének mértéke pedig a távolsággal arányos (Hubble-törvény), így ezeknek az objektumoknak több milliárd fényéves távolságban kellett lenniük a számítások szerint. Ebből pedig az következett, hogy óriási mennyiségű energiát sugároznak ki, méghozzá csillagászati értelemben roppant kis területről.

A kvazárok az optikai tartományban sajátos spektrumokat mutatnak, így később már rádióforrás nélkül is elkezdtek rájuk vadászni a kutatók. Kiderült, hogy nem is minden kvazár sugároz a rádió tartományban. Valójában csak 10% az, ami igen. A kvazár szót azonban továbbra is megtartották. Pontosabban bevezették a rádió tartományban csendes kvazár, angolul radio-quiet quasar (RQQ) kifejezést is.

Kiderült továbbá, hogy színképük alapján rokonságban állnak a Seyfert galaxisokkal, melyek aktív galaxis maggal (Active Galactic Nucleus – AGN) rendelkeznek, sőt a rádió galaxisok, és a blazárok is ennek a családnak a tagjai. A ma elfogadott modellek szerint a felsorolt objektumok magjában egy szupermasszív központi fekete lyuk található, melynek tömege a pár milliótól több milliárd naptömegig terjedhet. Ezek a fekete lyukak próbálják elfogyasztani a környezetükben található anyagot. Az étekként szolgáló anyag akkréciós korongot formál, melyet kívülről sűrűbb lassabban keringő gázfelhők vesznek körül. Az akkréciós korong anyaga miközben befelé örvénylik, egyre gyorsabban mozog, és felhevül. A mozgási energiájának pedig egy jelentős része elektromágneses sugárzássá alakul. Továbbá a mozgási energia egy része biztosítja a töltött részecskék relativisztikus (közel fénysebességre) történő gyorsítását. Az akkréciós korongra merőleges, a forgástengellyel párhuzamosan plazmából álló jet-ek jönnek létre, melyben az említett részecskék kifelé haladva spiráloznak, miközben szinkrotonsugárzást bocsájtanak ki. A jet-ek mérete hatalmas is lehet, elérhetik akár a több millió fényévet is. Ehhez képest maga a belső szerkezet, vagyis a korong és az azt körülvevő gázfelhők fényéves nagyságrendbe esnek. Emlékeztetőül a Tejútrendszer átmérője 100000 fényév.

Az, hogy a galaxis magját miként látjuk, milyen objektumként soroljuk be, attól függ csak, hogy a jet milyen irányba mutat. Leegyszerűsítve, ha pontosan felénk mutat az egyik jet, akkor blazárként jelenik meg az objektum. Ha a jet szöge egy kisebb szöget zár be a látóirányunkkal, akkor kvazár vagy Seyfert I típusú galaxis figyelhető meg.  Amennyiben oldalról látjuk a jet-et, akkor rádió galaxisként, vagy Seyfer II típusú galaxisként észleljük.

agn_tipusok

A dolog ennél azért összetettebb, de erre most itt nem térnék ki. A lényeg, hogy azonos motor működteti ezeket az aktív galaxis magokat, melynek során oly hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, hogy a kertből egy amatőr felszereléssel milliárd fényévekről esélyem lehet elcsípni a sugárzásukat.

Átnéztem a tél végén, tavasszal észlelhető kvazárok listáját. Sokáig kerestem a megfelelőt. Egy kvazár mégis mindössze csak egyetlen halvány csillagocska felvételen. Persze így is büszke tulajdonosa lehetek egy felvételnek, melynek egyik pontjára akár milliárd éveket is utazott a fény. Ez azért mégiscsak izgalmasan hangzik! De hogyan lehetne az izgalmakat tovább fokozni? Arra gondoltam, hogy átnézem észlelési terveimet, és kiválasztok egy olyan objektumot, amit egyébként is meg szerettem volna valamikor örökíteni, továbbá van legalább egy kvazár, vagy AGN a közelében. Kritérium volt még az is, hogy magasan látszódjon a horizont felett az objektum, hogy a légkör és fényszennyezés hatása kevésbé érvényesüljön. Így tavasszal a Nagy Medve csillagkép és környezete nagyszerűen megfelel ennek a kritériumnak, legalábbis az észlelőhelyemről. Továbbá ebben az irányban szabadon kilátunk a galaxisunkból. Így végül innen választottam jelölteket a listámról. Már csak át kellett néznem egyenként a környezetüket, hogy akad-e ott kvazár vagy AGN. Korábbi felvételeim során szerzett tapasztalataim alapján kizártam azokat, melyek 19 magnitúdósak vagy annál halványabbak voltak. A legnagyobb égterület, amit felszerelésemmel meg tudok örökíteni, 30 ívperc alatt van egy kicsivel. Végül az M108 mellett döntöttem, mert ott annak esélyét is megláttam, hogy a 10 magnitúdós galaxis mellett be tudok cserkészni négy ilyen roppant távoli objektumot is a távcső megfelelő beállításával, és még a galaxis is középre kerül. Sikerült is lefotóznom mind a négyet.

 m108-20140329-ttk-qso-rqq-agn

Objektum magnitúdó z (vöröseltolódás) visszatekintési idő típus
SDSS J111036.95+555144.1 18.2 1.351418 +/- 0.000461 8.7 milliárd év QSO
SBS 1107+557 18.3 0.392637 +/- 0.000353 4 milliárd év AGN1
SBS 1108+560 16.9 0.768267 +/- 0.000359 6.5 milliárd év AGN1
SDSS J111132.12+553240.2 18.6 1.003890 +/- 0.000524 7.5 milliárd év RQQ

A z a mérhető vörös eltolódást jelenti. A visszatekintési idő pedig, amennyi év alatt a fény elért hozzánk. A legközelebbi csillagról a fény 4 év alatt ér ide, azaz mondhatjuk azt, hogy távolsága 4 fényév. Hasonlóan, kiszámíthatjuk, hogy egy z vöröseltolódású galaxisból kibocsátott fény mennyi ideig utazott, ami a fényidőtávolság, vagy visszatekintési időből származó távolság definiálását teszi lehetővé.

Anélkül, hogy az olvasónak bármit is kellene erről tudnia, de persze szabadon utánanézhet, a távolság kiszámításánál a kozmológiai korrekcióban a következő értékek kerültek felhasználásra: H = 73.00 km/sec/Mpc, Ωmatter = 0.27, Ωvacuum =  0.73

(A kozmológiában egy vöröseltolódáshoz többfajta távolság típus tartozik. Erről Dr. Kiss László írt egy remek összefoglalót pár éve az MCSE oldalán.)

Aznap este sikerült lencsevégre kapni a gyönyörű M108-at, de megörökítettem még két aktív galaxist (AGN1), egy rádió tartományban csöndes kvazárt (RQQ), és egy kvazárt (QSO).

Had válaszoljak hát fiam kérdésére most tényleg egy mondatban. Ha az objektum elég fényes, akkor 8.7 milliárd fényévre is ellátok. A fény, amikor útjára indult onnan, a Föld még csak nem is létezett, és én ezt a fényt most rögzíthettem.

M51 (Örvény-köd) és az NGC5195

 m51-20140327-ttk

M51 (Örvény-köd) és az NGC5195

2014-03-27 – Göd – 90 x 55 sec light és 15 x 55 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera

M51-LRGB-20140427-TTK

M51 (Örvény-köd) és az NGC5195

2013-03-27 – Göd – 90 x 55 sec light és 15 x 55 sec dark

és

2014-04-27 – Göd – 62 x 55 sec R, 63 x 55 sec G, 54 x 55 sec B és 15 x 55 sec dark

UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel

ASI 120MM monokróm kamera, Astronomik RGBL fotografikus szűrőszett

Ritkán szoktam ilyen kifejezéssel élni egy égi objektum esetén, de az M51 (NGC5194) az égbolt egyik ikonikus galaxisa. Egyszer érdemes lenne egy felmérést végezni, hogy a csillagászati könyvek mekkora százalékában szerepel a fotója. Amennyiben lesz egyszer időm, akkor végignézem a polcomon sorakozó nagymennyiségű könyvet, és elkészítem a saját statisztikámat. Nagy összegben mernék fogadni, hogy jelentős százalékról lehet szó. Arra is nagyobb összeget mernék tenni, hogy a nem kimondottan csillagászati érdeklődésű, de azért a tudomány iránt fogékony emberek közül a legtöbben már látták a fotóját. A galaxis bizonyosan igen előkelő helyet foglal el az amatőrcsillagász bakancslistán is. Egy objektum, ami a legtöbbünknél a látni kell, észlelni kell kategóriába tartozik. E fotó elkészítésének egyik fő mozgatórugója is ez volt. De azért volt ott más is.

A tavasz közeledtével a Nagy Medve (Ursa Major) csillagkép, és ennek részeként, a Göncölszekér egyre magasabbra emelkedik az esti égen. Kitűnő lehetőséget biztosítva, hogy megfigyelhessük azt a sok égi csodát, ami ebben és a környező csillagképekben található. Azért hangsúlyoztam ki a környező csillagképeket, mert az M51 nem a Nagy Medve csillagkép, hanem a Vadászebek (Canes Venatici) területén helyezkedik el. Azonban én mindig a Göncölszekér rúdjának a végétől (Éta UMA), arab nevén az Alkaid nevű csillagtól szoktam elindulni, a Vadászebek legfényesebb csillagának, a Cor Caroli-nak az irányába. Innen ugyanis alig 3.5 fokra található nagyjából az előbb említett egyenes mentén. Könnyen ráakadhatunk, mert már a 9×50-es keresőtávcsövemben is látható a 8.4 magnitúdós galaxis sejtelmes halvány pacaként. Tehát akár binokulárral is felkereshetjük megfelelően sötét ég alatt, de arra ne számítsunk, hogy már egy ekkora távcsővel is megcsodálhatjuk a spirálkarokat. Inkább kisebb halvány ködösség formájában fog megjelenni. Vizuálisan az én 10 cm-es távcsövemmel már látszik ködös kiterjedése. Az alakja határozott, de pereme beleolvad az égi háttérbe. Régebben sokat észleltem Ráktanyán egy 44.5 cm-es Dobson távcsővel, melyet Szitkay Gábor jólelkűségének köszönhetően használhattunk a hegyen. Ej, mennyi különleges mély-ég csodát megmutatott ott Bakos Gáspár nekem, miközben én változócsillagokat észleltem. De visszatérve az eredeti témához, emlékszem, hogy a sötét égen ebben műszerben miként pompáztak az M51 varázslatos spirálkarjai, és hogy látszott az egyértelmű összeköttetés a galaxis és társa között. Rendelkezzünk akármekkora műszerrel, könnyű azonosíthatósága miatt bátran ajánlom az égbolttal csak most ismerkedőknek a felkeresést, mert az önmagunknak való felfedezés örömét élhetjük át, még akkor is, ha nem mi vagyunk az elsők.

A galaxis felfedezője Charles Messier, akinek katalógusában az 51-es sorszámot kapta. Messier saját maga 1773. október 13-án talált rá az égbolton. Az NGC5195-re, az M51 társára, azonban csak évekkel később (1781) akadt rá Pierre Méchain. Ő Messier-vel közösen végezte az égbolt átfésülését üstökösök után kutatva, és katalogizálva azokat a mély-ég objektumokat, melyek összetéveszthetőek voltak a csóvás vándorokkal. Az ő műszereik még nem mutatták meg az objektum igazi arcát. Az csupán ködös foltokként jelent meg a távcsőben. William Parsons, ismertebb nevén Lord Rosse volt, aki felismerte spirális szerkezetét a XIX. század derekán. Ez az objektum volt a spirális ködök csoportjának elsőként megtalált képviselője.

m51-lord_rosse

Lord Rosse (William Parsons) rajza az M51-ről.

A XIX. században egészen a XX. század elejéig vita tárgyát képezte, hogy mik is pontosan ezek az objektumok és hol helyezkednek el. A kérdést végül 1926-ban Edwin Hubble döntötte el, amikor Cepheida változókat sikerült azonosítani eme spirális ködökben. Az említett változók periódus és fényesség relációját felhasználva megállapította, hogy bizony ezek a Tejútrendszeren kívül elhelyezkedő önálló távoli csillagvárosok, galaxisok.

Egy pillanatra álljunk itt meg. Kisfiam tett fel egyszer egy érdekes kérdést: Apa, meddig látunk el a távcsöveddel? Őszinte gyermeki kérdés, és nem tudtam egyetlen mondatban válaszolni. Megint az attól függ kezdetű mondattal láttam neki a magyarázatnak és igyekeztem rövidre és érthetőre fogni. Ez többé-kevésbé sikerült csak. Tényleg, milyen messze tekintünk akkor, amikor az M51-et beállítjuk a távcsőben?

Gondolhatnánk, hogy erre a tudomány egzakt választ ad napjainkban, amikor már közel 100 éve Hubble megállapította, hogy a galaxisok túl vannak a Tejútrendszer határain. Hiába vannak gyakran egymásra épülő távolság meghatározási módszerek a csillagászok kezében, erre nem tudunk tökéletesen pontos választ adni még ma sem. Az egyes módszerek némileg eltérő eredményeket adnak. Ezen módszerek tökéletesítése és azok kalibrációja folyamatos munkát ad a csillagászoknak, és a szakemberek meg is tesznek mindent, hogy megalkothassák a „kozmikus méterrudat”.

Valójában különböző távolságmérő rudak sokaságáról kell beszélni. Különböző távolságskálán más és más módszer használható. Szerencsés esetben kettő vagy több módszer átfed egy adott távolságot lehetőséget adva a módszerek, illetve távolságindikátorok pontosítására, kalibrációjára. Az egyik legalapvetőbb mérési eljárás a trigonometrikus parallaxis. Többször megmérve egy viszonylag közeli csillag pozícióját egy év folyamán azt tapasztaljuk, hogy az megváltozik. A csillag elmozdulni látszik a távolikhoz képest. Az elmozdulás ciklusa pedig pontosan egy év, ami alatt a Föld egyszer megkerüli a Napot. A Föld ugyanis egy nagyjából 300 millió kilométeres nagytengelyű ellipszis pályán mozog, és kissé más irányból nézünk a csillagot a pálya különböző pontjain. Az égi látszólagos elmozdulás szögét megmérve, a Nap és Föld távolságot ismerve, kiszámolható a csillag távolsága trigonometrikus alapismeretek birtokában.

parallaxis

Az évi parallaxis jelensége.

A csillagászatban a fényév helyett éppen ezért vezették be a parszek (pc) távolsági egységet. 1 parszek 3.26 fényév. Egy parszek (pc) távolságra van tőlünk az az objektum, melyből merőleges rálátás esetén a földpálya sugara éppen 1 ívmásodperc szög alatt látszik.

A módszernek az szab határt, hogy mekkora a legkisebb szög, amit még ki tudunk mérni. A Földön a légkör is akadályt gördít elénk, így 1989-ben pályára állították a Hipparcos űreszközt mely 120000 csillag parallaxisát mérte meg nagy pontossággal, és még további egymillió csillagról gyűjtött adatokat. A Hipparcos 0.001 ívmásodperc pontossággal tudott mérni. 2013 decemberében sikeresen felbocsájtották a Gaia űrszondát. Ennek az eszköznek 1 milliárd csillag pozíciójának megmérése és elmozdulásának detektálása lesz a feladata. A pontossága 0.000001 ívmásodperc. Ezerszer nagyobb, mint a Hipparcos szondáé volt. Pár éven belül rengeteg pontos távolság adat birtokában leszünk a Tejútrendszerben található csillagok esetében. A mérési módszerek „Szent Grálja” ez, ugyanis pusztán szögmérés, és nem egyéb asztrofizikai összefüggéseken, relációkon illetve tapasztalati összefüggéseken alapszik.

Ahhoz, hogy galaxisok távolságát megmondhassuk, további módszereken keresztül vezet az út. A teljesség igénye nélkül megemlítenék párat.

Itt van például a már fentebb is említett Cepheida változók periódus és abszolút fényesség relációja. A periódusból megkapható az abszolút fényesség. Ennek és a mért látszólagos fényesség birtokában a távolság megmondható. Ehhez csak ilyen változókat kell találnunk egy távoli galaxisban. Még a mai műszerekkel sem egyszerű csillagokra bontani a távolabbi galaxisokat. Van a Cepheida pulzáló változókkal egy másik probléma is. Ezek nagytömegű, és ezért rövid életű csillagok egyik fejlődési fázisát képviselik. Így csak olyan galaxisokban találhatunk ilyeneket, melyekben még ma is aktív csillagkeletkezés zajlik. Ezért például elliptikus galaxisokban erre nem sok esélyünk van. Itt más módszerhez kell folyamodnunk. Ebben az esetben a Cepheida változóknál kisebb tömegű, és ezért hosszabb életű csillagok egy késői fejlődési stádiumát jelentő RR Lyrea változócsillagok után kell kutatnunk. Az RR Lyrae váltózó csillagok a magjában már javában folyik a hélium szénné alakítása. Pulzációs periódusuk és abszolút fényességük között pedig reláció áll fent, így tökéletesek távolság meghatározására, akár csak a Cepheida változók. Az RR Lyrae típusú csillagok nem olyan fényesek, mint a Cepheida típusúak, így nehezebb azonosításuk, csak közelebbi elliptikus galaxisok esetén használhatóak.

A szupernóvák azonban roppant fényesek és messzire ellátszanak, és az Ia típusúak abszolút fényessége az őket létrehozó fizikai folyamatoknak köszönhetően állandó. Leegyszerűsítve nincs más hátra, mint a látszólagos fényességet megmérni, és már meg is tudtuk a távolságot. Ehhez azonban el kell csípnünk egy ilyen robbanást. Ezért (is) örülnek a csillagászok minden egyes extragalaktikus szupernóvának. Ezek ugyanis nagyban hozzájárulhatnak egy galaxis távolságának pontosításához.

Egy másik módszer a Tully-Fisher reláció használata (elliptikus galaxisok esetén nem használható, csak spirális és lentikuláris galaxisoknál), mely egy tapasztalati összefüggés a galaxisok luminozitása és a galaxis rotációs görbéjének amplitúdója között. A részletekbe nem nagyon elmerülve, arról van szó, hogy a viszonylag könnyen mérhető galaxison belüli sebességekből meghatározható a galaxis luminozitása, és ebből pedig távolsága. Ugyanis, a galaxis csillagainak dinamikáját a galaxis tömege határozza meg, mely pedig összefüggésben áll annak luminozitásával. Az így kapott luminozitást felhasználva a látszólagos fényesség ismeretében a távolság már meghatározható.

Elliptikus galaxisok esetén is van azonban egy tapasztalati törvény, melyet Faber-Jackson relációnak neveznek. Itt is az a lényeg, hogy valami viszonylag könnyen mérhető tulajdonságból következtetünk a galaxis távolságára. Az elliptikus galaxisok központi csillagainak látóirányú sebesség diszperziója spektroszkópiai módszerekkel (Doppler-effektus) meghatározható. Majd a Faber-Jackson tapasztalati relációt felhasználva megkapjuk a galaxis abszolút fényességét. Ebből és a látszólagos fényességből már meghatározható az elliptikus galaxis távolsága.

A felsorolásom közel sem teljes, és valójában csak egy rövid betekintést szerettem volna nyújtani a módszerek tárházába. Léteznek még további megfigyeléseken alapuló tapasztalati összefüggések is, illetve műszereink működéséből fakadó módszerek, például a felületi fényesség fluktuáció módszere, melyek felhasználhatóak a távolság meghatározására bizonyos esetekben. A téma iránt érdeklődök, bőséges szakirodalmat találhatnak az interneten, akár magyar nyelven is.

Ha több módszer is van, és ebből pár átfed közös tartományokat, akkor mégis mire fel a bizonytalanság? A legtöbb módszernek magának is van egyfajta bizonytalansága, hibája. A Cepheida változók esetén ez 7-15% attól függően, hogy milyen messze van a galaxis. Az Ia szupernóvák módszere az egyik legpontosabb, de itt is 5%-os hibával kell számolni. Mivel a legtávolabbi mérésekre használható módszerek a közelebbi távolságokra működőkre épülnek, azokhoz kalibráltak, így a statisztikai és szisztematikus hibák egymásra rakódnak. Nem kell hát csodálkozni azon, hogy a csillagászatban ritkán érhető el az a pontosság, mint a tudomány más területein.

Mielőtt a távolság kérdését lezárnám, büszkeséggel had említsek meg egy tanulmányt, mely sok magyar kutató nevével jegyzett: J. Vinko, K. Takats, T. Szalai, G. H. Marion, J. C. Wheeler, K. Sarneczky, P. M. Garnavich, J. Kelemen, P. Klagyivik, A. Pal, N. Szalai, K. Vida: Improved distance determination to M51 from supernovae 2011dh and 2005cs.

A szerzők az M51-ben történt két szupernóva robbanás alapján határozták meg a galaxis távolságát. Az egyik szupernóva 2005-ben (SN 2005cs) míg a másik 2011-ben (SN 2011dh) tűnt fel ebben a csillagvárosban. Ők eredményül 8.4 +/- 0.7 Mpc, vagyis 27.4 millió +/- 2.3 millió fényév értéket kaptak. Ez elég jól egyezik más módszerekből kapott távolságadatokkal. Meg kell jegyeznem azonban újfent, hogy más és korábbi módszerek eredményei ehhez az értékhez képest +/- 10 millió fényéves tartományban szórnak. Az M51 példáján keresztül is látszik, hogy a távolság meghatározása keményebb dió a csillagászatban, mint az ember azt elsőre gondolná.

Visszatérve az eredeti kérdésre, fiamnak ebben az esetben azt mondanám, kerülve a fenti hosszas eszmefuttatásokat, hogy az M51 nagyon durván 27 millió fényévre van. Ily messzire tekintettem aznap hajnali egy előtt nem sokkal. Ez irdatlan nagy távolság, azonban közelinek számít a látható világegyetem méreteihez képest. Szinte csak a nem túl távoli kozmikus szomszédhoz kukkantottam át.

A „szomszédban” pedig két ütköző galaxis, az M51 (NGC5194) és az NGC5195 látvány fogadja az észlelőt. Az M51-et találó néven Örvény-ködnek vagy Örvény-galaxisnak is nevezik. Mérete, a távolság adatok függvényében, valahol 50 és 75 ezer fényév körül lehet. Tömegét 160 milliárd naptömegre becslik. A két roppant határozott markáns spirálkar a központi régióból indul ki. Felépítése miatt a grand design spiral galaxy csoportba sorolják. (Igazán jó magyar fordítást még mindig nem találtam.) Ha alaposan szemügyre vesszük ezeket a karokat, akkor látható, hogy helyenként kissé torzultak, és igen aktív csillagkeletkezés zajlik bennük. Ezek a kisebb, és a találkozásnak köszönhetően rendkívül deformált NGC5195 gravitációs hatásának köszönhetőek. A két galaxis deformitásának mértéke alapján arra lehet következtetni, hogy az M51 jóval nagyobb tömegű a partnerénél. Az ütközés körülbelül fél milliárd éve kezdődött meg. A kisebb galaxis éppen távolodik tőlünk, miután keresztülhatolt az M51 látóirányunkra merőleges korongján. A gravitációs kapocsnak köszönhetően még visszatér majd, és megpróbál újra átkelni az M51 galaktikus síkján. Néhány 100 millió év múlva, és pár ilyen keringővel később az összeolvadás befejeződik majd.

De vizsgáljuk meg egy kicsit alaposabban mi is zajlik ebben a két galaxisban. Korábbi cikkeimhez hasonlóan itt is az elektromágneses spektrum különböző tartományaiban készült felvételeket hívom segítségül.

m51_xray

Az M51 (NGC5194) és az NGC5195 a röntgen tartományban – Chandra űrtávcső

A Chandra űrtávcső felvételén megfigyelhetőek a fekete lyukkal rendelkező kettős rendszerek (apróbb pöttyök), illetve a galaxisok magjában található nagytömegű központi fekete lyukak által kibocsájtott röntgensugárzás (két nagy fehér folt). Az, hogy az M51 magjában egy szupermasszív fekete lyuknak kell lennie, már az optikai tartományban készült felvételek alapján is sejthető. A mag roppant fényes. A saját felvételem készítésekor is úgy igyekeztem beállítani a kamera paramétereit, hogy a mag ne égjen be durván. Egy Seyfert II típusú galaxisról van szó, mely aktív galaxis maggal (Active Galactic Nucleus – AGN) rendelkezik. Ezen magok által kisugárzott nagymennyiségű energia, pedig egy ott elhelyezkedő szupermasszív fekete lyuk jelenlétével magyarázható. A képen látható halványabb kiterjedt foltok pedig felhevült gázfelhők, melyek a lágy röntgentartományban sugároznak.

m51-uv

Az M51 (NGC5194) és az NGC5195 ultraibolya tartományban – GALEX felvétele

Az ultraibolya tartományban készült felvételen jól látszik a spirális galaxisban nemrég megszületett nagytömegű forró kék csillagok sugárzása. Csillagászati értelemben ezek igen rövid ideig, mindössze pár millió évig élnek. Létezésük a most is zajló igen intenzív csillagkeletkezésnek a biztos jele. Ahogy fentebb is írtam, az M51-ben a heves csillagkeletkezés az NGC5195 gravitációs hatásának köszönhető. Érdemes megfigyelni, hogy az NGC5195 csak egy halvány vöröses foltocska. Szinte alig látszik. Ebben a galaxisban nem zajlik csillagkeletkezés. Ennek oka, az ehhez szükséges anyag hiánya, melyre két magyarázat kínálkozik. Valaha formás elliptikus galaxis volt, s mint az ilyenekben a csillagok gyártása már régen leállt. A másik lehetséges magyarázat, hogy az ütközésben elvesztette az ehhez szükséges készleteit.

m51-infra

Az M51 (NGC5194) és az NGC5195 az infravörös tartományban – Spitzer űrtávcső

Végezetül vessünk egy pillantást a Spitzer űrtávcső infravörös tartományban készült felvételére. A kék szín az idősebb hidegebb csillagok infravörös sugárzását jelöli. Míg a vörös a csillagászati értelemben meleg csillagközi por sugárzását jelöli. Így a vörös területek reprezentálják azokat a területeket, ahol a csillagok következő generációja fog megszületni az M51-ben. Itt is jól látható, hogy az NGC5195-ben már nincsenek csillagok keletkezésére alkalmas környezetek.

Ha nekem is szabad egy hasonlattal élnem, akkor az M51 és az NGC5195 olyan, mint Stan és Pan. Meglepően különböző karakterek, de együtt igen látványosat alakítanak.

2014. március 26/27. éjszaka

Már hetek óta vártam a megfelelő derültet, mígnem 2014. március 26-án 21 óra környékén kiderült. A felhők elvonultak végre, és csillagos eget hagytak maguk mögött. Villámgyorsasággal és hatalmas lelkesedéssel pakoltam ki a távcsövemet. Mire mindent beállítottam, és a távcső már csak a bevetésre várt, a semmiből megint felhők jelentek meg. Olyan érzésem volt, hogy mind a négy égtáj felől támadnak, majd a fejem felett összezáródott a felhőpaplan. Csalódottságom határtalan volt, ugyanis ezen a héten nem ez volt az első alkalom. Pár nappal korábban már alkalmam volt összerakni, majd 20 perccel később szétszedni a felszerelést. Aznap viszont nem így tettem. A házba beballagva hosszasan szemléltem a műholdfelvételeket. Elhatároztam, hogy várok. Bár egy roppant hosszú és fárasztó munkanap volt mögöttem, de nem adtam fel. Olvasással ütöttem el az órákat, miközben néha kikandikáltam. Éjfél után a felhők, ahogy jöttek, el is mentek. Az ég már közel sem volt olyan nagyszerű, volt valami furcsa opálossága. Vakargattam a fejem, mert az előre eltervezett célpont fotózása már kútba esett. Túl halvány volt ahhoz, hogy ilyen égen megpróbálkozzam vele. A Göncölszekér éppen a zenit közelében tartózkodott. Jött hát az elhatározás. Egyszer úgyis szerettem volna egy elfogadható fotót készíteni az M51-ről. Ott volt az a bizonyos amatőrcsillagász, vagy asztrofotós bakancslista. Az Örvény-köd egy látványos, viszonylag fényes és asztrofizikai szempontból is érdekes objektum. Most pedig a zenit közelében szinte kínálta magát hívogatóan. Ráfordítottam hát a távcsövet, készítettem pár próbafelvételt. Az ég nem volt igazán jó, ez a képeken is látszott, de hajlandó voltam kompromisszumot kötni a cél érdekében, és egy kicsit visszavettem az expozíciós időből. Megkezdtem a felvételek készítését, miközben azon töprengtem, mit is kellene majd írni erről a nagyszerű galaxisról és társáról. 90 darab nyers kép elkészítését adta nekem a sors, mert azután lehelet finom fátyolfelhők úsztak be az egemre.

Úgy érzem mégsem volt hiábavaló a virrasztás, mert jutalmam egy újabb megörökített nagyszerű objektum lett. Saját Messier katalógusom újabb taggal gyarapodott. Ez a kép közel sem biztos, hogy a végső változat. Talán exponálok még hozzá hosszabban is, talán készítek LRGB változatot. De annyi más érdekes látványt tartogat még az égbolt, így lehet, csak később térek vissza rá. Meglátjuk. Talán jöhetne a következő pont a bakancslistán.

2014. április 27/28. éjszaka

20 nap telt el úgy, hogy egyáltalán észlelésre alkalmas lett volna az éjszakai égbolt lakóhelyemen. Ezen a vasárnapon viszont végre szép volt az idő. Kellemesen sütött a nap, lehetett kertészkedni és a gyerekekkel játszani a kertben. A szél elég intenzíven fújt. Mókás volt, ahogy kislányom haját kócolta, de azért titkon reménykedtem, hogy napnyugtára elcsendesedik, az ég pedig derült marad.

Mivel már nem sötétedik korán, így nyugodtan csináltam végig az esti szertartást a három gyermekkel. Miután mindenki ágy közeli helyzetbe került, kipakoltam. Ujjongtam, mert derült maradt, és a szél is elállt. Mire azonban teljesen besötétedett, az átlátszóság durván leromlott. A nyugodtság korábban sem volt valami fergeteges. Nem volt más választásom, mint a pocsékká vált égen keresni egy célpontot megfelelő magasságban, és reménykedni benne, hogy a helyzet nem lesz rosszabb. Ekkor ötlött a fejembe, hogy talán itt lenne az ideje színeket adni az egy hónappal korábban készült M51 felvételemhez. Bármely más esetben, ha csak úgy este 11 körül kitekintettem volna az égre, akkor talán a felszerelést sem pakolom ki. Az ínséges idők után viszont igen elszánt voltam. Végül 62 darab R szűrős, 63 darab G szűrős és 53 darab B szűrős felvételt készítettem. Mindegyik expozíció 55 másodperces volt.

Az éjszakának több tanulsága is volt:

  • Végre nem kellet masszívan felöltözni. A 10 fok körüli hőmérsékletet szinte melegnek éreztem a korábbi hónapok éjszakáihoz képest.
  • Sose feledd megjelölni, és felírni a kamera állását egy felvétel után! Ez korábban elmaradt, és a végső képet nagyon meg kellett vágnom, mert az RGB felvételek elforogtak az L-hez képest. Erre mostmár valami alkalmatosságot is fogok eszkábálni.
  • A harmatsapka sem véd a végtelenségig. Hajnalra minden úszott, és a távcső objektívje elkezdett párásodni. Ezért készült összesen csak 53 darab B szűrős felvétel.
  • 2 óra alvás után nem túl vidám végigdolgozni egy napot.

Tanulságok ide, tanulságok oda. Körülmények ide, körülmények oda. Most azt gondolom, hogy megérte az élmény. E sorok írása közben már kipihentem egy kissé magam, így megint izgatottan várom az újabb derült eget.

Kívánok derült eget nektek is!

Az SN2014J szupernóva az M82 galaxisban

m82-sn2014j-20140204-ttk-mark

Az SN2014J szupernóva az M82 galaxisban
2014-02-04 – Göd – 99 x 35 sec light és 15 x 35 sec dark
UMA-GPU APO Triplet 102/635, SkyWatcher HEQ-5 Pro mechanika SynScan vezérléssel
ASI 120MM monokróm kamera

Az M82 galaxis asztrofotós szempontból nekem mindig egy érdekes kérdés volt. Sosem tudtam eldönteni igazán, hogy érdekel-e maga a téma vagy sem. Vagyis, készítsek-e fotót erről a galaxisról, vagy előbb más objektumra szánjak időt? Most biztosan sokan felhördülnek, és védelmébe kelnek ennek az asztrofizikai szempontból valóban érdekes galaxisnak. A kérdést végül a 2014. január 21-én fellángolt Ia típusú szupernóva döntötte el, mely a 2014J jelölést kapta.

A felfedezést követő napon olvastam a hírt az MCSE levelezőlistáján, és azóta vártam a lehetőséget, hogy végre fotót készíthessek erről az M82-ben, tőlünk 11.5 millió fényévi távolságban lejátszódott kozmikus tűzijátékról. 2014. február 4. éjszaka hidegnek és kissé párásnak indult. A Hold sápadt fénnyel csüngött az égen, mikor este 6 órakor kiraktam a távcsövet. Nem lehetett kihagyni, hogy egy órát ne szenteljek neki. A légkör roppant mód nyugtalan volt, de mégis üdítő volt a szemlélődés égi kísérőnk felszínén. A hosszú görnyedéstől és az ekkor már 0 fokos hőmérséklettől kissé elgémberedve szünetet kellett tartanom. A felvételeket egyébként is csak akkor terveztem, amikor a Hold már alábbszáll az égbolton.

Valamikor 19:30 környékén a távcsövemmel megcéloztam az M82-őt. A szupernóva határozottan ott volt. Meg is lepődtem, hogy mennyire más a már jól ismert M81-M82 páros megjelenése ennek a szupernóvának köszönhetően. Vizuálisan az M82-őt ragyogásával hegyes tűként keresztüldöfte a robbanás fénye. Micsoda pokoli energia szabadul fel, mely az összeroppanó fehér törpe csillag halálhírét a kozmoszba kürtöli! Képesek akár anya galaxisukat is túlragyogni. Ezek a gondolatok cikáztak bennem, meg egy friss kutatás eredménye. Eszerint lehet, hogy az Ia típusú szupernóvát mégsem egy korábban társuktól anyagot dézsmáló, és így a kritikus tömeget átlépő összeroppanó fehér törpe halála hozza létre? A Kepler-űrtávcső adatai és számítógépes szimulációk alapján elképzelhető, hogy inkább fehér törpékből álló kettősrendszer tagjainak összeolvadása a felelős a látványos eseményért. Bármelyik versengő elképzelés is a helyes, ez nem változtat magán a tényen, hogy a felszabaduló energia pokoli mértékű. Mi pedig biztonságos távolságból gyönyörködhetünk a fellángolás látványában. Mindezt úgy, hogy a színképek tanulsága szerint a szupernóva jelentős mennyiségű intersztelláris anyag mögött található az M82-ben, vagyis jelen esetben a fényét jelentős mennyiségű por és gáz tompítja, és egyben vörösíti is.

Miközben gyönyörködtem a látványban és a fentieken töprengetem, megint átélhettem azt az örömöt és izgalmat, melytől való függés hozzáláncol az amatőrcsillagászathoz. Percekig csak csendesen ujjongtam a hidegben, majd felszereltem a kamerát és a vezetéshez szükséges felszerelést. Minden készen állt. Felvettem az első próba fotókat különböző kamera beállításokkal, melyeken jól visszatükröződött a kissé párás, nyugtalan légkör. Mire eldöntöttem, hogy mi lesz a megfelelő beállítás, lassan felhősödni kezdett délnyugat felől. 27 felvételt így is készítettem, mielőtt a fellegek teljesen elborították a Nagy Medve csillagkép területét. Várakoztam és bizakodtam. 21 óra táján végre megkegyelmeztek az égiek, a felhők elvonultak. Folytattam a fotózást a -2 fokban, melyből -6 lett a végén mire összejött még 72 képkocka. Azonban nem az akkor már sanyargatónak érzett hideg, hanem a megint megjelenő felhők vetettek véget az exponálásnak. Pakolás közben döbbentem csak rá, hogy mekkora is a csönd, melyet csak néha tört meg egy-egy ijesztő pattanás. Ezt a zajt a lehűlő házak teteje és az ereszcsatornák adták ki. A fagyba burkolódzó település már rég szunnyadt, itt volt az ideje, hogy én is csatlakozzak.

Aznap éjszaka végül 99 darab 35 másodperces felvétel készült. Másnap este, amikor a felvételek feldolgozásával bíbelődtem döbbentem rá, hogy az M82 egy valóban igazán izgalmas galaxis. Gyönyörű ez a 8.4 magnitúdós és 11ˊ 12˝ méretű, éléről látszó aktív, csillagontó galaxis, melyet a szomszédos nagyjából 150000 fényévre lévő M81 gravitációs hatása kegyetlenül meggyötört a legutóbbi közelségük alkalmával. Még pár találkozóra valószínűleg sor kerül, mígnem pár milliárd év múlva a két galaxis összeolvad. De hol van az még! Optimistán tekintve a jövőbe, bízom abban, hogy most még a távcsövet fel sem érő kisebbik gyermekeimnek, és később unokáimnak is megmutathatom ezt az égi csodát. Talán lesz akkor is még sötét ég. Abban is reménykedem, hogy ha csak egy pillanatra is, de ők is átélnek majd akkor valamit az univerzum nagyszerűségéből. Én mindenesetre elmondom akkor is majd a mesémet. Így legyen!