Címke: sűrűséghullám

Az NGC5364 spirál galaxis (balra) és az NGC5363 lentikuláris galaxis (jobbra) párosa

(Az NGC5363 galaxis csoportról készített fotóm kivágott részlete)

iTelescope.net T11 – Corrected Dall-Kirkham Astrograph Planewave 20″ – 51 cm, f/4.5 (fókusz reduktorral) – FLI ProLine PL11002M CCD camera

A felvételek 2020-05-14 és 2020-05-20 között készültek – Új-Mexikó (Mayhill közelében) – 24 x 600 sec L (bin2), 10 x 600 sec R,G,B (bin2)

A Polaris Csillagvizsgálóban pár éve vettem át a „kisszakkör” vezetését, melyet a Magyar Csillagászati egyesület a 8-12 éves korosztály számára tart. A szakköri foglalkozásokra a tanévben szerdánként került sor. A COVID-19 helyzet miatt 2020 tavaszán a csillagvizsgálót is be kellett zárnunk. A sorozatnak így végé szakadt.

A tematikában éppen a galaxisok kerültek volna terítékre. Optimistán, bízva az újranyitásban, elkezdtem frissíteni a prezentációimat. Ezt egyébként is rendszerese megteszem, mikor felkészülök a következő foglalkozásra. A csillagászatban mindig vannak új eredmények és aktualitások. Mivel a szakkörök elmaradtak, így azokat az órákat arra használtam fel, hogy több anyagomat is átírtam, átszerkesztettem.

A gyűjteményemből nagyon hiányzott egy olyan illusztráció, ami szemléletesen megmutatja a spirál galaxisok és a lentikuláris/elliptikus galaxisok közötti különbségeket. Mindezt egyetlen fotón, hogy ne kelljen a diák között oda-visszaváltani. Ekkor merült fel bennem, hogy miért ne választhatnék olyan célpontokat a következő digitális észleléshez, ami egyben megfelel ennek az elvárásnak. Miért ne készíthetnék magam is ilyen asztrofotót?

Már csak a megfelelő jelöltet kellett kiválasztanom. Ebben nagy segítségemre voltak saját jegyzeteim, melyeket a korábbi megfigyelésekhez írt cikkekhez készítettem. Nem mindig használom fel ezeket az anyagokat, de gyakran merítek belőle újabb ötleteket. Most is így történt.

Merre találhatók ezek a galaxisok? Mit érdemes tudni róluk? Ismerkedjünk meg először röviden a Kozmosz legnagyobb struktúráival, hogy el tudjuk helyezni a látottakat!

Galaxishalmazok és kozmikus ritkulások

A világegyetem nagy léptékű szerkezete leginkább kusza pókhálóra hasonlít. A galaxisok, galaxis csoportosulásokba, galaxishalmazokba, szuperhalmazokba tömörülnek e gigantikus szálak mentén.

Ezek a definíciók a halmaztagok között lévő gravitációs kapcsolaton alapulnak, melyek különböző skálán működnek. A galaxis egy gravitációsan kötött rendszer. Gáz, por és csillagok milliói vagy milliárdjai alkotják. Ezt hierarchiában a galaxiscsoportok követik, melyek általában néhány tucat tagot számlálnak. A több száz vagy ezer galaxist tartalmazó galaxishalmaz egy ennél is nagyobb gravitációsan kötött objektum, ahol a kölcsönös vonzóerő elég erős ahhoz, hogy még a kozmikus tágulás sem fogja majd eltávolítani egymástól a galaxisokat.

A legközelebbi masszív galaxishalmaz a Virgo galaxishalmaz. Távolsága 16.5±0.5 Mpc (Mei és mások – 2007), vagyis 54 millió fényév. Becslések szerint 1500-2000 tagot számlál, melyek az égbolt közel 8 fokos területén oszlanak el. A halmaz átmérője 4.4 Mpc, ami 14.3 millió fényévnek felel meg (Fouqué és mások – 2001). Ez alig valamivel nagyobb, mint a Tejútrendszerünkkel együtt nagyjából 50 galaxist magában foglaló Lokális Csoport mérete, ami körülbelül 3 Mpc (10 millió fényév). Azonban, míg eme utóbbi tömege 2.3±0.7×10¹² M_☉ (Peñarrubia és mások – 2014), addig a Virgo halmazé 1.2×10¹⁵ M_☉ (Fouqué és mások – 2001). Nagyságrendnyi különbségről van tehát szó. Nagyjából 2 billiónyi naptömeg az 1 billiárdnyi naptömeggel szemben. A Virgo halmaznak három, egyértelműen azonosítható alcsoportja is van. Ezek középpontjában az M87, az M86 és az M49 galaxis helyezkedik el. Valószínű, hogy a halmazt még mindig a formálódása közben figyelhetjük meg.

Galaxis csoportok és galaxishalmazok a Lokális Csoport közelében.

Szerző: Andrew Z. Colvin

Az egymáshoz közeli csoportok és halmazok – melyek mindegyike gravitációs kötésben van –, egy még nagyobb struktúra gravitációs vonzásának hatása alatt állnak. Csakhogy, ott a gravitáció vonzó hatása már eltér a gravitációsan kötött rendszer csillagászati definíciójától. Ezeket hívják a csillagászok szuperhalmazoknak, melyek a világegyetem legnagyobb, galaxisokat tömörítő struktúrái.

Valójában nem is olyan egyszerű behatárolni ezeket. Évekkel ezelőtt még úgy gondolták a csillagászok, hogy a Lokális Csoport, és közel 100 másik halmaz és csoport is, a 100 millió fényév kiterjedésű Virgo Szuperhalmaz része. (Az elnevezést a legnagyobb tömegű tagja, a Virgo halmaz után kapta.) Kiderült azonban, hogy ez csak a jéghegy csúcsa. Ezek a halmazok együtt, még egy ennél is jóval nagyobb, és jól behatárolható struktúra részesei.

2014. szeptember 4-én jelent meg az a cikk a Nature-ben, melyben Brent Tully (University of Hawaii) és kutatócsapatának 8000 galaxis mozgásának megfigyelésén alapuló kutatási eredményét közölte. Az Ősrobbanás óta táguló világegyetem globális hatását figyelembe véve korrigálták a mért eredményeket, és ebből megkapták, hogy miként hatnak pusztás a galaxisok gravitációsan egymásra. Egy háromdimenziós térképet alkottak, mely teljesen újradefiniálta a szuperhalmazok fogalmát. A földrajzban is ismert vízválasztó vonalakhoz hasonló analógiával élve, a galaxisok csoportjai különböző gravitációs vonzócentrumok irányába igyekeznek, akárcsak a víz egy vízválasztó vonal két oldalán. Jól elhatárolható felületek vannak a világegyetemben, melyek egyik oldalán az egyik, míg a másik oldalán egy másik ilyen vonzócentrum felé mozognak a galaxisok, illetve azok csoportosulásai.

Mintegy 100 ezer társával egyetemben Tejútrendszerünk, a közel 160 Mpc (520 millió fényév) kiterjedésű Laniakea vagy más néven a Lokális szuperhalmazhoz tartozik. E szuperhalmaz összes galaxisa, legyen az magányos, vagy valamilyen kisebb csoport, esetleg népes halmaznak a tagja, mind a „Nagy Vonzó” („Great Attractor”) felé mozog. Tehát, a Lokális Csoport éppúgy részt vesz ebben a kozmikus áramlásban, mint a masszív Virgo halmaz.

A Laniakea szuperhalmaz. Azokat a filamenteket (szálakat), melyek mentén a galaxisokat összegyűjtötték a szerzők, és amely mentén a galaxisok együtt mozognak, halványkék színnel lettek jelölve. A vörös és fekete galaxisok különböző áramlásokhoz tartoznak. A videóban a Tejútrendszerünk van az origóban (zöld pötty), mely a feketével jelölt áramlásban vesz részt. Mint az látható, mi az ekképpen definiált Laniake szuperhalmaz külső peremén lakunk. A Lokális szuperhalmazban pedig különböző színekkel jelölték azokat a területeket, ahol a galaxisok sűrűbb, historikus csoportosulásai találhatók. Évtizedeken keresztül a csillagászok úgy vélekedtek, hogy mi a zöld régióval jelölt szuperhalmaznak vagyunk a részei. De kiderült, hogy ez is csak „kis szelete” valami sokkal nagyobbnak. A Laniakea hawaii nyelven mérhetetlen mennyet, mérhetetlen eget jelent. Ezzel az elnevezéssel próbálták a kutatók érzékeltetni, hogy milyen hatalmas struktúráról is van szó a világegyetemben. A 2014-ben Tully és kutatótársai által bevezetett új szuperhalmaz fogalom sokkal egyértelműbbé tette, hogy hol találhatóak eme grandiózus kozmikus képződmények határvonalai.

Forrás: R. Brent Tully, Helene Courtois, Yehuda Hoffman és Daniel Pomarède (Nature, vol 513, number 7516, p71 – 4 September 2014)

A Laniakea szuperhalmaz, és az új definíción (a galaxisok konvergáló mozgásán) alapuló, a Laniakea-t körülvevő szuperhalmazok. A kék pötty a Tejútrendszer pozícióját jelöli a szuperhalmazban.

Forrás: R. Brent Tully, Helene Courtois, Yehuda Hoffman és Daniel Pomarède (Nature, vol 513, number 7516, p71 – 4 September 2014)

A galaxisok, galaxishalmazok, szuperhalmazok kusza rostos hálózata mellett, legalább annyira érdekesek az ezeket elválasztó hatalmas ürességek. Azt is mondhatjuk, hogy a Univerzum buborékos szerkezetű, melynek „falain” helyezkednek el a galaxisok, illetve a korábban említett halmazok, szuperhalmazok. Pontosabb azonban, ha ezeket az ürességeket, inkább ritkulásoknak (Cosmic Void) nevezzük. A Világegyetem ezen területei ugyanis nem teljesen üresek. Bennük is találkozhatunk galaxisokkal, galaxishalmazokkal, de szignifikánsabban kevesebbel. A legközelebbi ilyen hatalmas „üreg”, a Lokális Ritkulás (Local Void) határa éppen extragalaktikus szomszédságunkban húzódik.

A Lokális Ritkulás létezését 30 évvel (1987) ezelőtt ismerte fel Brent Tully és Rick Fisher.  Tully és munkatársainak vizsgálata alapján a Lokális Csoportnál kezdőd ritkulás nagyjából 45-60 Mpc (150-200 millió fényév) kiterjedésű. Továbbá, centrumának távolsága legalább 23 Mpc-re (75 millió fényévnyire) van tőlünk. Meg kell jegyeznem azonban, hogy pontos kiterjedését a mai napig viszonylag nagy bizonytalanság övezi.

Kozmikus áramlások és sűrűsödések a Laniakea szuperhalmazban. Ebben a metszetben jól látszik, hogy a Lokális Sűrűsödés elnyúlik egészen a Virgo galaxishalmaz mögé. A galaxisok kiáramlása a ritkulásból teljesen evidens ebben a nézetben.  Forrás: Hélène M. Courtois, Daniel Pomarède, R. Brent Tully, Yehuda Hoffman, Denis Courtois

A vizsgálatok tanúsága szerint a Lokális Ritkulás tágul. A Lokális Csoport és a környező galaxisok alkotta fal (Local Sheet) távolodik a ritkulás centrumától. Úgy tűnhet, mintha az „üresség” taszítana minket. A helyzet azonban nem ez. Arról van szó, ahogy azt már fentebb említettem, hogy a galaxisok mozgásából levonva a világegyetem tágulásának hatását, azok összeáramlása, koncentrációja figyelhető meg a Világegyetemben. Mindez meghatározott vonzócentrumok irányába történik, és a jelenség a gravitációnak köszönhető. De nemcsak e masszív képződmények játszanak fontos szerepet az egészben, hanem ellenpárjaik, a ritkulások is. A korábban említett vízválasztós példánál maradva, az is fontos tényező a víz áramlása szempontjából, hogy van-e magas hegy a közelben. A ritkulások pedig magas, meredek falú hegyeknek tekinthetők, ahol gyorsabban igyekszik a víz a völgybe. Vagyis, ezek közelében a helyi csoportok gyorsabban mozognak az „alacsonyabban fekvő”, vagyis a sűrűbb régiók felé, mint azt egyébként tennék. A nettó hatást pedig úgy érzékeljük, mintha a ritkulás „eltaszítaná” magától, a vonzócentrum pedig „húzná” maga felé a galaxisokat, és ennek a kettőnek a hatás pedig a tőlük való távolság függvényében összeadódik. A Lokális Ritkulást ugyan szinte teljesen galaxisok veszik körül, de ezek eloszlás nem egyenletes. Van olyan része, ahol szinte „semmi sincs”, erről a környékről így még több anyag képes távozni. Az analógiát tovább használva, a hegyek idővel egyre nagyobbá, kiterjedtebbé nőnek, miközben a róluk lezúduló víz a völgyekben összegyűlik. Az összeáramlással a ritkulások egyre nagyobb méreteket öltenek, és pontosan ez az, ami a Lokális Ritkulással is történik.

Egy 2017-es publikáció szerint létezik egy sokkal „meghatározóbb” ritkulás is, ami mintegy „eltaszít” minket magától. Így megoldás kínálkozik a Lokális Csoportnak a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzáshoz viszonyított túlságosan nagy sebességére. Azonban, ezzel a mostani cikk keretein belül nem foglalkozom, mert nem egy átfogó kozmológiai cikk megírása volt a célom. Kizárólag a Lokális Ritkulásra koncentrálnék. Akit mégis érdekel a téma, annak Yehuda Hoffman, Daniel Pomarede, R. Brent Tully, Helene Courtois: The Dipole Repeller című cikkét ajánlom a figyelmébe, ami az arxiv.org-on szabadon elolvasható. A Nature-ben megjelent változat fizetős. Illetve, aki csak pár percet szánna rá, annak itt egy rövid kis videó.

Okkal emeltem ki külön a fentiekben a Virgo galaxishalmazt és a Lokális Ritkulást. Ezek nemcsak remek példái a Világegyetem galaxisokkal zsúfolt, illetve üresebb térségeinek, de a további mondandóm szempontjából is fontos szerepük lesz.

Galaxisok fonala a Lokális Ritkulás peremén és a Virgo galaxishalmaz között

Az elmúlt évtizedek teljes égboltra kiterjedő távcsöves felméréseinek hála, manapság már rengeteg galaxis radiális (látóirányú) sebességét és távolságát megmérték a csillagászok. Ezek a tömeges adatok, ahogy ezt fentebb is említettem, lehetőséget adnak arra, hogy a szakemberek megállapíthassák, a galaxisok látszólagos radiális mozgása (a valóságban ezt lehet csak mérni) mennyiben származik a tér tágulásából, és mennyiben egy halmazon vagy csoporton belüli lokális gravitációs hatás okozta mozgásából. A távolságok és a galaxisok pekuliáris mozgásának ismerete remek eszköz a csillagászok kezében, hogy feltérképezzék a masszív vonzócentrumokat és a ritkulásokat a Világegyetemben. (A galaxis pekuliáris sebessége alatt, az univerzum izotropikus tágulása miatti mozgáshoz viszonyított sebessége értendő, amit a Hubble áramlás ír le. Hubble áramlás pedig a tér tágulásából származó elmozdulása az anyagnak.)

Igor D. Karachentsev, Valentina E. Karachentseva és Olga G. Nasonova 2014-ben publikálták azt a cikket (Galaxy motions in the Bootes strip), melyben alaposan szemügyre vetették az általuk Bootes Sávknak (Bootes Strip) nevezett égterületet. A szerzők a Lokális Ritkulás és a Virgo halamaz között elhelyezkedő, szétszórt galaxisok alkotta Bootes Szálat (Bootes Filament) vizsgálták a galaxisok kinematikáján és elhelyezkedésükön keresztül. Tették mindezt azért, hogy következtetéseket vonhassanak le a Virgo halmaznak és a Lokális Ritkulásnak a környezetükre gyakorolt hatásáról.

Az égboltnak azon szelete, melyet Karachentsev és munkatárai átvizsgáltak. A Bootes Sáv (Bootes Strip) galaxisai, a halvány vörössel megjelölt égterületen helyezkednek el.

Olyan galaxisokat választottak ki, melyek radiális (látóirányú) sebessége 2000 km/s-nál kisebb volt. A kutatásban összesen 361 galaxist használtak fel mintaként. Megállapították, hogy ezek 56%-a nem magányos csillagrendszer, hanem csoportokat és párokat alkotnak. Egészen pontosan, 13 galaxis csoportról és 11 párról van szó. A 700 km/s és 1300 km/s radiális (látóirányú) sebességű galaxisok legtöbbje a sáv nyugati oldalán helyezkedik el, a Virgo halmaz szomszédságában. E nyugati galaxisok legtöbbje a Virgo halmaz erős gravitációs hatása alatt áll, vagyis annak középpontja felé mozog.

Az ábra a galaxisok radiális (látóirányú) sebességét mutatja a Bootes Sávban. 14h környékén látható körív rész (zero velocity surface) választja el a Virgo halmaz centruma felé mozgó galaxisokat azoktól, melyek részt vesznek a kozmosz tágulásban. Ennek a körnek a sugara 7.2 Mpc (23.5 millió fényév) vagy 25 fok az égbolton (Karachentsev és mások – 2014). Ábra forrása: Karachentsev és mások – 2014

A Bootes Sávban a galaxisok eloszlásának egyik legmeghatározóbb sűrűsödése az NGC5846 kompakt csoport. Korábbi becslések szerint körülbelül 250 darab -12 magnitúdónál (M_R) is nagyobb abszolút fényességű tagja lehet (Mahdavi és mások – 2005) ennek a halmaznak. Az NGC5846 csoport két alcsoportból áll össze a röntgen tartományban végzett megfigyelések tanúsága szerint. A tagok jellemzően két meghatározó galaxis körül, vagyis az NGC5846 és az NGC5813 elliptikus galaxis körül gyülekeznek. Mindazonáltal, a kinematikai jellemzők megkülönböztetnek egy másik alcsoportot is az NGC 5846 mellett. 9 galaxist az NGC5838 lentikuláris galaxis gravitációja ural.

Az NGC5846 és az NGC5746 galaxis csoportok közeli nézete a Bootes Sáv régióban. A csoportok tagjait vonalak kötik össze a domináns galaxissal. Ábra forrása: Karachentsev és mások – 2014

A Bootes Sáv 361 galaxisából álló mintából csak 161 galaxis (45%) esetében volt ismert a távolságérték. Ezekre építve állapították meg, hogy ezek a csillagrendszerek 17 és 27 Mpc (55.4 és 88 millió fényév) között helyezkednek el. Hozzávetőleg 2/3-uk távolsága a 25 ± 5 Mpc (82 ± 16 millió fényév) tartományba esik. Fontos megjegyezni, hogy a legtöbbjüknek a távolsága a Tully-Fisher reláción alapuló érték, melynek pontossága körülbelül 20%. Ennek vonzata, hogy a látóirányú vastagsága a Bootes Szálnak összemérhető a tipikus távolságmérési hibával. Mégis, az adatokból ki tudták következtetni, hogy a Bootes Szál galaxisainak nagy része távolabb van tőlünk, mint a Virgo halmaz. Továbbá, hogy enyhén ívelt, és a csillagrendszerek távolsága folyamatosan csökken a Virgo halmaz felé. Sikerült pontosítaniuk a Virgo halmaz attribútumait is, és egyértelműen kimutatták, hogy ennek a hatalmas halmaznak a gravitációja miként vonzza maga felé a környező galaxisokat. Ugyanakkor, a Lokális Ritkulás pontos kiterjedése és centrumának pozíciója még további vizsgálatokra szorul.

A Bootes Szálnak a Virgo halmazhoz és a Lokális Ritkuláshoz képesti pozícióját mutatja az ábra. A megfigyelő a diagram bal alsó sarkában helyezkedik el (LG, Lokális Csoport). A nyilak a Virgo halmaz gravitációs vonzásának, és a Lokális Ritkulás (korábban említett) taszító hatását reprezentáló vektorok. Látható, hogy ezek eredője a Bootes Szál különböző részén más és más. A Virgo halmaz körüli körív (zero velocity surface) választja el a Virgo halmaz centruma felé mozgó galaxisokat azoktól, melyek részt vesznek a kozmosz tágulásban. Ennek a körnek a sugara 7.2 Mpc (23.5 millió fényév) vagy 25 fok az égbolton (Karachentsev és mások – 2014). Ábra forrása: Karachentsev és mások – 2014

Az NGC5363 csoport galaxisai

Az NGC5363 csoport galaxisai

iTelescope.net T11 – Corrected Dall-Kirkham Astrograph Planewave 20″ – 51 cm, f/4.5 (fókusz reduktorral) – FLI ProLine PL11002M CCD camera

A felvételek 2020-05-14 és 2020-05-20 között készültek – Új-Mexikó (Mayhill közelében) – 24 x 600 sec L (bin2), 10 x 600 sec R,G,B (bin2)

Karachentsev és szerzőtársai a Bootes Sáv galaxisainak morfológiai besorolását külön is elvégezték, és nem csupán az égbolt felmérő programok keretében született katalógusok adataiból dolgoztak. Az egyes csillagrendszereket három nagy populációba osztották be: korai, köztes, és késői típus.

A Bootes Sáv galaxisainak morfológiai besorolása: korai (Early types), köztes (Intermediate types), és késői (Late types) típus. Ez az ábra volt nagy segítségemre a fotó témájául szolgáló csoport kiválasztásában. Ábra forrása: Karachentsev és mások – 2014

A korai típusú galaxisok vörös árnyalatúak, erősen koncentráltak és kerek/elliptikus alakúak. A késői típusú galaxisok ellenben kékes árnyalatúak, alacsony koncentrációjúak, és domináns a galaktikus korongjuk. A köztes típusú galaxisok, ahogy a nevük is mutatja, az átmenetet képviselik. Vöröses színűek, közepes koncentrációjúak és van galaktikus korongjuk.

Ma már tudjuk, hogy a Hubble-de Vaucouleurs galaxis morfológiai diagrammon a galaxisok fejlődése nem a balról jobbra irányt követi (elliptikus, lentikuláris, spirál galaxisok). Azonban, a korai elképzelések miatt, ma is használják a korai, köztes, késői típus kifejezéseket a csillagászok.

Felhasználva Karachentsev csapatának ábráját, átnéztem az Interneten elérhető STScI Digitized Sky Survey felvételeit az egyes csoportokról. Kimondottan olyat kerestem közöttük, ahol az égbolt viszonylag szűk területén a fent említett galaxis populációk vegyesen fordulnak elő. Alaposabban megnézve az említett ábrát, láthatóan csak kevés számú csoport vagy galaxis páros felelt meg ennek a kritériumnak. Ezek közül számomra az NGC5363 galaxis csoport volt az „első látásra szerelem”. Pontosan valami ilyesmit kerestem: prominens lentikulásris és spirál galaxis párosa egyetlen látómezőben, ahol az utóbbi korongjára ferde szögben látunk rá.

Az rögtön kiderült számomra, hogy az össze tagot nem tudom majd egyetlen képen megörökíteni. Például az NGC5363 centrális lentikuláris és a valamivel kisebb látszólagos méretű NGC5300 spirál galaxis távolsága az égen kb. 2.3 fok. A bérelni kívánt távcső látómezője pedig ennél jóval kisebb volt. Arra törekedtem, hogy a legtöbb nagyobb méretű halmaztagot „rápréselhessem” a felvételre. Ennek megfelelően kalkuláltam ki a távcsőnek megadott égi koordinátákat.

A látómező azon galaxisai, melyek az NGC5363 galaxis csoporthoz tartoznak

Objektum	RA (2000.0) DEC	Magnitúdó (NED – Bt)	Távolság (Mpc)**	Morfológiai besorolás***	Szerepel a felvételen?
NGC5300	J134816.0+035703	13.6	21.6 tf	Sc	Nem
PGC1283560	J135143.0+052647	16.2		dE	Nem
UGC08799	J135319.8+054618	16.32	12.1 sbf	dE	Nem
NGC5348	J135411.2+051338	14.18	19.8 tf	Sc	Igen
NGC5356	J135458.4+052001	13.63	19.5 tf	Sb	Igen
PGC1277985	J135502.7+050525	17.1		dEn	Igen
PGC1279452*	J135504.5+051122	17.18	14.8 TF	BCD	Igen
NGC5360	J135538.7+045906	14.8	21.5 TF	Sm	Igen
NGC5363	J135607.3+051517	11.1	16.6 TF	S0	Igen
AGC232142	J135609.4+053234	17.38	15.1 TF	Ir	Nem
NGC5364	J135612.0+050052	11.19	19.5 tf	Sbc	Igen
SDSSJ13562	J135621.3+051944	17.37		dE	Igen
UGC08857	J135626.6+042348	15.26		Sab	Nem
PGC049602	J135655.6+050907	15.82		dEn	Igen
PGC1266441	J135714.1+041826	17.1		Sm	Nem
PGC1285591	J135723.6+053427	16.3		Sph	Nem
UGC08986	J140415.9+040644	15.03		dEn	Nem

Az NGC5363 galaxis csoport tagjai (Karachentsev és mások – 2014). Megadtam a koordinátákat, amennyiben az olvasó is meg szeretné figyelni őket. Feltüntettem továbbá az integrált (B szűrővel mért) fényességüket, nem a vörös eltolódáson alapuló távolság adatukat (amennyiben szerepelt ilyen), a morfológiai besorolásukat. Továbbá megjelöltem, hogy szerepelnek-e a felvételemen.

* Karachentsev és munkatársainál AGC232141, én a PGC-ben (Principal Galaxies Catalogue) szereplő azonosítóját tüntettem fel itt.

** Különböző távolságmeghatározási módszerekkel kapott értékek: sbf (surface brightness fluctuations) – a galaxis felületi fényesség fluktuációján alapuló módszer; tf/TF: A Tully-Fisher reláción alapuló módszer (TF: Karachentsev és szerzőtársai által elvégzett távolságmérés)

*** Karachentsev és munkatársai szerint

Az NGC5363 galaxis csoport a Bootes Szál Virgo halmazhoz közeli részén helyezkedik el. Annak gravitációs hatása alatt áll, így tulajdonképpen inkább a Virgo halmaz egyik nyúlványának tekinthető. Megnézve a fenti táblázatot szembetűnő, hogy a nagyobb halmaztagok szinte mind spirál galaxisok: NGC5364, NGC5356, NGC5348, NG5300 (nem szerepel a felvételemen). Kivételt képez az NGC5363 központi galaxis, mely a lentikuláris galaxisok egyik szép példánya. A kisebb méretűek inkább a törpe elliptikus galaxisok, vagy ahogy újabban nevezik őket törpe szferoidális galaxisok (Kormendy és Bedner felvetése alapján), illetve az irreguláris galaxisok közé sorolhatók be.

Mielőtt rátérnék a spirál galaxisok és a lentikuláris galaxisok közötti különbségek ismertetésére, vagyis amiért maga a kép illusztráció gyanánt készült, hadd emeljek ki külön két galaxist. Ez a kettő számomra két külön izgalmas csemege. Bár mind a kettő megjelenésében már elsőre is van valami különös, de talán mégsem ezeken akad meg elsőre az ember szeme a felvételen. Izgalmas mellékszereplői a csoportról készült fotónak. Az egyik ezek közül az NGC5360, melynek megjelenése ugyan irregularitást mutat, azonban Karachentsev-ék szerint ez egy spirál galaxis, melynél teljesen hiányzik az úgynevezett központi dudor (bulge). A másik személyes apró kedvencem a felvételen a PGC1279452, ami egy kék kompakt törpe galaxis (BCD – Blue Compact Dwarf). Ezeknek a szabálytalan alakú törpéknek a tömege a Tejútrendszer tömegének nagyjából a tizedét teszi ki. Masszív és forró csillagok hatalmas halmazaival teletűzdeltek, s mivel ezek magas felszíni hőmérsékletük miatt kékes árnyalatúak, így az egész galaxis kékben tündököl. Ez a helyzet a PGC1279452 esetében is. A masszív csillagok tömegüktől függően mindössze néhány millió, vagy néhány tízmillió évig léteznek. (A kisebb tömegű csillagok hosszabb ideig élnek.) Az, hogy olyan óriási számban fordulnak elő, annak a bizonyítéka, hogy csillagászati értelemben nem is olyan régen még viharos ütemű csillagkeletkezés zajlott ebben a kompakt törpében, s talán zajlik még most is. Most alatt természetesen azt a pillanatot értem, mikor is a fényük elindult felénk. Ezek a csillagrendszerek nem tartalmaznak túl sok port, sem nem túl sok fémet. 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 egyre dúsabb lett fémekben. Az újabb és újabb csillaggenerációk már egyre több fémet tartalmaztak. A fémszegény BCD galaxisok megfigyelése tehát közelebb viheti a csillagászokat ahhoz, hogy megértsék milyen folyamatokban alakultak ki a Világegyetemben a legelső csillaggenerációk.

A 16.6 Mpc-re, azaz 54 millió fényévre (Karachentsev és mások – 2014) lévő NGC5363 (a képen jobbra) lentikuláris galaxis. Ezt a típust gyakran átmenetnek szokták tekinteni a spirál és az elliptikus galaxisok között. A lentikuláris galaxisok alapvetően diszk alakúak akárcsak a spirál galaxisok. Nincsenek azonban spirálkarjaik, a korongban nem figyelhetők meg határozott struktúrák. Jellemző rájuk, hogy a központi dudor a galaxis korongjához képest viszonylag nagyméretű, és meghatározó a galaxis felépítése szempontjából. A Spitzer infravörös űrtávcsővel végzett megfigyelések szerint, az NGC5363 is pontosan ezt a felépítést követi: nagy méretű központi dudor és galaktikus korong.

Ugyanakkor, bizonyos lentikuláris galaxisokban, a küllős spirál galaxisokhoz hasonlóan szerkezet (az angol nyelvű irodalomban: bar) figyelhető meg. Bennük a csillagok dinamikája is nagyon hasonlatos a spirál galaxisokéhoz, ugyanis eltolva az ezek esetében érvényes Tully-Fisher reláció diagramját megkapjuk a lentikuláris galaxisokra jellemzőt.

Nem mondhatók elliptikus galaxisoknak sem, bár kétségtelenül vannak nagyon hasonlatos jegyeik. Éppen ezért, az elliptikus galaxisokat és a lentikuláris galaxisokat gyakran nem is olyan könnyű megkülönböztetni egymástól. Például, a színképük az öreg csillag populációjuknak hála alig tér el. A prominens központi dudor szintén jellemző mind a kettőre. Ezekben a csillagok mozgása véletlen eloszlást mutat. Nincs sem kitüntetett iránya, sem kitüntetett síkja a csillagok keringésének a centrum körül. Ellenben, a lentikuláris galaxisok korongjában van kitüntetett keringési irány, és a pályák is síkba rendezettek. Ez pedig, határozottan megjelenik az egész galaxis dinamikájában. Tekintve, hogy az elliptikusoknak nincs korongja, így megfigyelve a galaxison belüli mozgások jellegét, különbséget tudunk tenni a lentikuláris és az elliptikus csillagrendszerek között.

A lentikuláris galaxisokban csekély mennyiségű molekuláris gáz található, ezért alacsony bennük a csillagkeletkezési ráta. 21 cm-es rádióemissziójuk is jelentéktelen, mivel alig van bennük atomos hidrogént tartalmazó intersztelláris anyag. Az ionizált hidrogént tartalmazó HII régiók hiányában Hα sugárzásuk sem számottevő. Eme utóbbi tulajdonságok amúgy az elliptikus galaxisokra is jellemzők, azonban a lentikuláris típusúak porban viszonylag gazdagok. Röviden és általánosságban ezek mondhatók el erről a típusról. Ám nincs olyan, hogy átlagos lentikuláris galaxis, ez a példány pedig némileg ki is lóg a sorból.

Az NGC5363 csillagainak túlnyomó többsége 8.5-9 milliárd éves (az illesztett modelltől függő érték). Főként öreg sárgás és vöröses fényű fősorozati, vagy a fősorozatról mer elfejlődött csillagok alkotják. Nem véletlen, hogy ezek árnyalatok dominálnak a galaxisban. Ennek a populációnak a kérész életű masszív csillagai már réges-régen kihunytak, s velük tovatűnt a hajdani kékes ragyogásuk. A galaxis vörös és halott (az angol nyelvű szakirodalomban használatos „red and dead” után). De valóban leállt volna teljesen a csillagkeletkezés? Az UV tartományban végzett megfigyelésekkel mégiscsak sikerült fiatal csillagok sugárzását detektálni az NGC5363-ban. Bár az UV sugárzásra más magyarázat is lehetne (például post-AGB csillagok, planetáris ködök), de a galaxisban sikerült még Hα sugárzást is detektálni. Így együtt ez már elég érv amellett, hogy fiatal csillagok populációja is megtalálható ebben a galaxisban, még ha a galaxis tömegének csak néhány százalékát (kb. 2%) teszi is ki. A legvalószínűbb, hogy egy másik galaxissal történt összeolvadás, annak bekebelezése válthatta ki ezt a csillagkeletkezési aktivitást. Ekkor tehetett szert az NGC5363 arra a gázra, melyből e csillagok keletkeztek. Majd a forró fiatal csillagok sugárzása ionizálta ezt a gázt, így létrehozva a megfigyelt Hα sugárzást. E lehetséges forgatókönyv a galaxis más egyéb tulajdonságait is megmagyarázza.

Az NGC5363 megjelenését nagyban meghatározza a benne található por. Nézzük csak meg azokat a porsávokat! Bár az optikai tartományban is nyilvánvaló, de igazán az infravörös tartományban tanulmányozható alaposabban. És amit a csillagászok így találtak, az még őket is nagyon meglepte: abnormálisan sok a por az NGC5363-ban. A galaxisokban az intersztelláris port az öregedő csillagok termelik az úgynevezett AGB fázisban (Asymptotic Giant Branch – Aszimptotikus óriás ág). A csillagok életük eme késői szakaszában jelentős mennyiségű tömeget veszítenek, az időszakonként eltérő sűrűségű és intenzitású csillagszél révén. Hihetetlen tűnik, de ebben a folyamatban könnyen kezdeti tömegüknek több mint a felétől is megszabadulhatnak. Ezek a Napnál akár ezerszer is fényesebb, vöröses árnyalatú óriás csillagok szó szerint ledobják külső rétegjeiket, és ennek egy részéből kondenzálódnak ki a porszemcsék. Azonban, a megfigyelések tanúsága szerint, százszor annyi por van a galaxisban, mint amit ezek az idősödő csillagok képesek lettek volna valaha is előállítani. Honnan ez a sok por? A legvalószínűbb, hogy ez is külső eredetű, akárcsak a fiatal csillagok kialakulásoshoz szükséges gáz. De az NG5363 héjakból álló felépítése (ami jobb monitoron a fotómon is felfedezhető), illetve a csillagok mozgása a galaxisban is egy korábbi kozmikus karambolra utal.

Az NGC5363 belső vidékének R-band kontur térképe, a kontimuumból kivont Hα+[NII] képe és a B−R színindex térképe. Forrás: Finkelman és mások (2010).

Gondosan megvizsgálva az NGC5363 belső vidékének kontinuum képéből kivont Hα+[NII] képét, a HII régiók térbeli eloszlása küllős spirál szerkezetre emlékeztet. A B−R színindex térkép alapján pedig elmondható, hogy az erős takarásban lévő belső küllő egy összetettebb porszerkezet része, amely követi a spirálszerkezetet és a galaxis főtengelye mentén nyúlik tovább. Az NGC5363 azon lentikuláris galaxisok közé tartozik, melyeknek szorosan feltekeredett spirálkarja van, és ezekben csillagok keletkeznek. Nem sok ilyet ismerünk! Nagyon is kilóg a lentikuláris galaxisok sorából.

Az NGC5363 továbbá a LINER (Low Ionization Nuclear Emission Region) galaxisok csoportjába tartozik. A LINER-ek a nevüket magjuknak színképe alapján kapták, amiben tipikusan gyengén ionizált atomok (egyszeresen ionizált oxigén, nitrogén, kén, stb.) keskeny vonalai figyelhetők meg, míg az erősen ionizált atomok (például kétszeresen ionizált oxigén) vonalai viszonylag gyengék. A LINER galaxisok közel sem olyan ritkák, mint az elsőre gondolnánk. A megfigyelések azt mutatják, hogy a környezetünkben (486 elemű, legalább 12.5 magnitúdós (BT) galaxismintát tekintve) minden ötödik-harmadik galaxis ilyen. Érdekes, hogy túlnyomórészt inkább elliptikus és lentikuláris galaxisok esetén figyelhető meg ez a jelenség, bár számottevő a spirál galaxisok mennyisége is. Az irreguláris galaxisok között viszont csak elvétve akad ilyen.

Máig vitatott, hogy pontosan miért látjuk ezeket az emissziós vonalakat a LINER galaxisok színképében. Már abban sincs egyetértés a csillagászok között, hogy egyáltalán miként jön létre maga a gerjesztés. Egyesek szerint az intersztelláris gázban terjedő lökéshullámok (shock waves), míg mások szerint a fotoionizáció (intenzív UV sugárzás) okozza azt. Nemcsak az ionizációs mechanizmus kérdésében oszlik meg a kutatók véleménye, de annak forrását illetőleg is. A csillagászok egyik jelentős tábora szerint, e galaxisok esetében a centrumban tanyázó szupermasszív fekete lyukak okolhatók a gáz gyenge ionizációjáért. Az NGC5363 magjában is tanyázik egy ilyen szörnyeteg, melynek tömege 3.75418 x 10⁸ naptömeg (Saikia és mások – 2015). Míg más csillagászok véleménye az, hogy a LINER galaxisok megfigyelhető tulajdonságai nem a központi fekete lyuk „munkálkodásának” eredménye.  Szerintük, a csillagkeletkezési régiók fiatal, masszív és egyben forró csillagai gerjesztik a gázt. Vannak olyan csillagászok, akik nem az aktív galaxismagban, vagy éppen az intenzív csillagkeletkezésben látják a megoldás kulcsát. Sőt, éppen ezek hiányával magyarázzák az egészet. Az 1 milliárd évnél öregebb, előrehaladott fejlődési állapotban lévő csillagok, az aszimptotikus óriás ág elhagyása után (post AGB phase) rövid ideig elég forrók ahhoz, hogy képesek legyenek gyengén ionizálni a környező csillagközi gázokat. Az emisszió megfigyelésére pedig azért nyílik egyáltalán lehetőségünk, mert sem az aktív mag, sem a fiatal forró csillagok keltette sugárzás nem ragyogja túl azt.

Az NGC5364 távolságadatai viszonylag nagy szórást mutatnak. Ne feledjük, hogy a Tully-Fisher reláción alapuló mérések pontossága nem éppen a legjobb! A NED (NASA/IPAC Extragalactic Database) oldalán felsorolt publikációkban található távolságok két szélsőértéke között közel 10 Mpc az eltérés. Csak az utolsó nagyjából két évtized méréseinek mediánja alapján, a galaxis távolsága 18.1 Mpc (59 millió fényév). Ehhez egészen jól illeszkedik Karachentsev és szerzőtársai által közölt 19.5 Mpc (63.6 millió fényév) távolság.

A galaxis korongjára srégen látunk rá (inklinációja 47 fok). Ebben a galaxisban szemmel láthatóan ma is aktív csillagkeletkezés zajlik. Tökéletes ellentéte az NGC5363-nak. Nem vörös és halott galaxis. Sőt! Figyeljük csak meg a karok kékes árnyalatát, és a HII régiók vöröses-rózsaszínes pöttyeit, melyek a csillagkeletkezés csalhatatlan jelei.

Az NGC5364 B szűrővel (balra) és Hα szűrővel készült felvétele. Az elsőn a csillagkeletkezési gyűrű és a spirál karok, míg az utóbbin a HII régiók eloszlása rajzolódik ki tökéletesen. Forrás: Grouchy és mások (2010)

Az NGC5364 egyik szembetűnő tulajdonsága a két szimmetrikus, egybefüggő és határozott spirálkar (grand design galaxy). A galaxis SA (r) bc morfológiai besorolású (Grouchy és mások – 2010). SA, mert nincs küllője. A karok a centrumból indulnak, én nem a küllő két végéről. A bc jelzés arra utal, hogy a karok nem szorosan ölelik körbe a centrumot. Az (r) jelzés pedig azt jelenti, hogy belső csillagkeletkezési gyűrűje is van.

A csillagkeletkezési gyűrűk jelenléte a nem küllős galaxisokban máig nagy talány. A numerikus szimulációk azt mutatják, hogy a gyűrűk létrejöttében a küllőnek (bar) esszenciális szerepe van. Annak gravitációs hatására a csillagközi gáz jól meghatározott régiókban képes felhalmozódni. Léteznek olyan elképzelések, hogy valaha ezeknek a galaxisoknak is volt küllője, de az mára feloszlott, vagy csak elhalványulva beleolvadt a galaktikus korongba. Vagy éppen ott van a küllő, csak éppen megfelelő hullámhosszon kell vizsgálni a galaxist. A XX. századba készült galaxis osztályozások (de Vaucouleurs és mások – 1991, Sandage és Tammann – 1981) egyedül a B (kék) szűrős felvételek alapján készültek. A kék színtartományban jól láthatóak a gyűrűk és a spirál karok a fiatal csillagok révén. A küllő viszont sokszor észrevehetetlen ezeken a fotókon, mivel az ezeket alkotó idősebb csillagpopulációk kevésbé sugároznak a kék tartományban. Ezek megfigyelésére sokkal alkalmasabb a közeli infravörös tartomány. Nem egy galaxisban sikerült utólag kimutatni a küllő jelenlétét az infravörös felméréseknek hála.

Az NGC5364 esetében azonban máig nincs tudomása a csillagászoknak arról, hogy lenne küllője. Pár kutató azonban meg van győződve arról, hogy kellően erős spirális sűrűséghullámok hatására is létrejöhetnek ezek a gyűrűk olyan galaxisokban, melyeknek korongjában korábban sosem alakult ki küllő (Rautiainen és Salo – 2010). A gyűrűk megfelelő körülmények között, a spirális hullámminta sebességének belső Lindblad-rezonanciájánál formálódnak az NGC5364-hez hasonló galaxisokban. Így, a sűrűséghullámok nemcsak a karok létezésért, de a csillagkeletkezési gyűrű létezéséjért is felelősek lehetnek ennél a galaxisnál.

Figyeljük meg, hogy ez a gyűrű mennyire látványosan kiugrik a galaxis belső korongjából a fotómon, és hogy a galaxisnak és a gyűrűnek a középpontja nem esik tökéletesen egybe! Ugyanígy hangsúlyos e fiatal behemót kék csillagok fénygyűrűje a fenti képen, a B (kék) szűrővel készült baloldali mozaikon is. A galaxis spirális struktúrája szintén igen markánsan megmutatja magát a kék tartományban. De a karokat határozottan követik az ionizált gáz HII régiói is. Kitűnik a Hα keskenysávban készült fotóról az is, hogy maga a gyűrű az északi oldalon sokkal intenzívebben sugároz ezen a hullámhosszon a déli oldalához képest. Ez a tendencia igaz az egész spirális szerkezetre is. Összességében, az ionizált gáz jelenléte a galaxis északnyugati oldalán sokkal dominánsabb. Hogy mi lehet mindennek az oka? Elképzelhető, hogy a tőle északra látható NGC5363 gravitációs hatása hagyott nyomot az NGC5364 morfológiáján (Grouchy és mások – 2010). És talán ennek köszönhető a galaxis nyugati és délnyugati oldalán lévő árapály képződmény is.

Végszó

Az NGC5363 galaxis csoportról készült felvételem révén hozzájutottam az általam áhított illusztrációhoz. Nem mondanám, hogy nem kötött le és nem volt szórakoztató az az 5-6 órányi pepecselés, amíg a képet feldolgoztam a Pixinsight nevű programmal. De mire elolvastam a galaxisokhoz tartozó tudományos publikációkat, már sokkal többet jelentett nekem egyetlen fotónál. Bepillanthattam a kép mögött rejlő titkokba. És azzal, hogy mindezt „papírra vetettem” megszületett a digitális észlelést lezáró szintézis is. Számomra így lett teljes az élmény. Ezzel természetesen még nem volt vége. Következő lépésként, a digitális észlelést feltöltöttem a Magyar Csillagászati Egyesület észlelési archívumába. Ott van igazán jó helyen, és nem a fiókomban, nem a saját oldalamon, nem egy közösségi médium oldalán.

Felhasznált irodalom:

Pascal Fouque, Jose M. Solanes, Teresa Sanchis, Chantal Balkowski: Structure, mass and distance of the Virgo cluster from a Tolman-Bondi model

M. A. Pahre, M. L. N. Ashby, G. G. Fazio, S. P. Willner: Spatial Distribution of Warm Dust in Early-Type Galaxies

Ido Finkelman, Noah Brosch, José G. Funes S.J., Alexei Y. Kniazev, Petri Väisänen: Ionized gas in E/S0 galaxies with dust lanes

A.E. Sansom, E. O’Sullivan, Duncan A. Forbes, R.N. Proctor, D.S.Davis: X-ray observations of three young, early-type galaxies

M.K.Patil, S.K.Pandey, D.K.Sahu, A.K.Kembhavi: Properties of dust in early-type galaxies

R. Brent Tully, Edward J. Shaya, Igor D. Karachentsev, Helene M. Courtois, Dale D. Kocevski, Luca Rizzi, Alan Peel: Our Peculiar Motion Away from the Local Void

Brent Tully: Our CMB Motion: The Local Void influence

Ido Finkelman, Noah Brosch, José G. Funes, S.J., Alexei Y. Kniazev, Petri Väisänen: Ionized gas in E/S0 galaxies with dust lanes

R. D. Grouchy, R. J. Buta, H. Salo, E. Laurikainen: Ring Star Formation Rates in Barred and Nonbarred Galaxies

Igor D. Karachentsev, Valentina E. Karachentseva, Olga G. Nasonova: Galaxy motions in the Bootes strip

Hélène M. Courtois, Daniel Pomarède, R. Brent Tully, Yehuda Hoffman, Denis Courtois: Cosmography of The Local Universe

R. Brent Tully, Helene Courtois, Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède: The Laniakea supercluster of galaxies

CLUES (Constrained Local UniversE Simulations) projekt

Payaswini Saikia, Elmar Körding, Heino Falcke: The Fundamental Plane of Black Hole Activity in the Optical Band

Gustavo Morales, David Martínez-Delgado, Eva K. Grebel, Andrew P. Cooper, Behnam Javanmardi, Arpad Miskolczi: Systematic search for tidal features around nearby galaxies: I. Enhanced SDSS imaging of the Local Volume

NGC7793

iTelescope.net T30 – Corrected Dall-Kirkham Astrograph Planewave 20″ – 51 cm, f/4.5 (fókusz reduktorral) – FLI-PL6303E CCD kamera

2015-09-07, 2015-09-10, 2015-09-13 – Siding Spring Observatory – 20 x 300 sec L, 8 x 300 sec R,G,B

Az augusztusi késő éjszakában, a Balaton parton álldogálva néztem, ahogy a Fomalhaut bágyadtan pislákolva már ott csücsül a horizont fölött. Fénye próbált áttörni a vízparti párán. A Déli Hal (Piscis Austrinus) csillagkép mindössze 25 fényévre lévő csillaga gondolatokat indított el bennem. Azon töprengtem, hogy lassan megfelelő pozícióba kerülnek a Déli Hal keleti szomszédságában lévő Szobrász (Sculptor) csillagkép galaxisai Ausztrália egén, és ideje lenne 3-4 órányi távcsőidőt foglalni a Siding Spring-ben lévő, az iTelescope hálózatához tartozó csillagvizsgálóban.

Augusztus közepe, az MTT2015 után a családé lett, a hónap maradék pár derült éjszakáján pedig szerettem volna bemutatóként részt venni a Polaris Csillagvizsgáló esti nyitva tartásain. Továbbá, a szeptember asztrofotózásra alkalmasnak látszó hétvégéjét inkább a családdal, és mellesleg egy kis pecázással kívántam tölteni. Ez utóbbi elhatározást nem a Déli Hal csillagkép látványa ihlette. Mivel az előbbiek miatt nem sok esélyét láttam, hogy októberig saját távcsövemet használjam az égbolt fotózására, nem hezitáltam sokat. Még ott álldogálva kigondoltam a célpontot, ami végül az NGC7793 lett. Nem volt könnyű a választás, mert sok szép és izgalmas galaxis található ebben a régióban. Végül a kérdést az döntötte el, hogy egy bizonyos típusú spirál galaxis még hiányzott a gyűjteményemből, illetve van az NGC7793-nak (legalább) két különös lakója, akikről talán szintén írhatnék pár sort. Megvolt a cikk alapötlete, már csak az illusztrációt kellett elkészíteni.

Másnap le is foglaltam az időpontokat. Bíztam abban, hogy hetekkel később kegyes lesz majd az időjárás, de nincs ez nagyon másként egy észlelő hétvége esetén sem. Nem teljesen úgy alakultak a dolgok, ahogy terveztem. Sem a légkör nyugodtsága, sem az az átlátszóság nem volt igazán ideális. Háromszor is nekifutottam a felvételnek, bízva abban, hogy talán majd a következő éjszakán kristálytiszta lesz az ég, és nyugodt a légkör. Nem lett. Több távcsőidőt már nem akartam elpazarolni, ezúttal ennyi adatott. Nem vagyok az a típus, akit az ilyen dolgok összetörnek, így ahelyett hogy búnak adtam volna fejem, inkább nekiláttam a feldolgozásnak. Amúgy is bőven volt még mit tanulni (és van is még!) a PixInsight programmal kapcsolatban, és a cikket is nyélbe szerettem volna ütni végre.

Szomszédok és lakótársak

A Szobrász csillagkép területén több fényes és nagy látszólagos kiterjedésű galaxis is található. Ezek közé tartozik az NGC7793 is. A térben különböző távolságban szétszórt magányos vándorokról van szó, akik véletlenül látszanak csak egy irányba, vagy van kapcsolat közöttük? Ezt a kérdést már a múlt század első felében megfogalmazták a csillagászok. Nem sokkal az után, hogy felismerték, egy galaxisokkal benépesített, táguló világegyetemben élünk.

A Szobrász (Sculptor) csillagkép Siding Spring (Ausztrália) egén 2015. szeptember 7-én, helyi idő szerint 21:45-kor. Az északi égboltot ismerők számára ismerős csillagképek a keleti, északkeleti részen (a jobboldalon) láthatóak. Felfedezhető a Cet feje (Cetus), a Halak (Pisces), a Vízöntő (Aquarius), a Pegazus (Pegasus) négyszöge, hogy csak egy párat említsek.

A Szobrász csillagkép területén több fényesebb galaxis is található. A méretek érzékeltetése végett megjelöltem 20° távolságot az égen. Ez magunk elé kinyújtott karokkal nagyjából kétarasznyi „hosszúság”.

A Szobrász csillagkép irányában látszó galaxisok távolságát az idők folyamán, többféle módon is meghatározták. Egyáltalán nem szokatlan ez a csillagászatban. A technológia folyamatosan fejlődik, és újabb és újabb tudományos eredmények látnak napvilágot. Tekintsük át röviden milyen módszereket vetettek be a különböző kutatók!

A spirál galaxisok és a lentikuláris galaxisok esetén használható az úgynevezett Tully-Fisher reláció, a galaxisok tömege vagy luminozitása és emissziós vonalainak szélessége, vagyis a galaxison belüli szögsebességek között. Nagyon leegyszerűsítve, a 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 könnyen kiszámítható. A módszer előnye, hogy akkor is alkalmazható, ha az adott galaxist nem lehet csillagokra bontani.

A következő módszer a galaxis felületi fényesség fluktuációjának (SBF: Surface Brightness Fluctuations) meghatározásán alapul. Ehhez sincs szükség arra, hogy a galaxist csillagokra bontsuk. Sőt! A módszer megértéséhez tekintsünk a következő ábrára.

Az ábrán egy közeli galaxisról (nearby galaxy) és távoli galaxisról (distant galaxy) készült CCD felvétel modellje látható. Az ábrán minden egyes kis négyzet, egy CCD pixelt reprezentál. Látható, hogy a galaxisokat nem tudjuk csillagokra bontani. A távoli galaxis esetén sokkal „simább” képet kapunk, a csillagok halványabbak, de többen is vannak. Az ábra forrása: Stéphane Courteau

Egy galaxisból érkező fluxus fordítottan arányos a távolság négyzetével.  Az egy pixelre eső csillagok száma ellenben a távolság négyzetével arányos. Így az egy pixelre jutó fluxus, mely az egy csillagra eső fluxus és a csillagszám szorzata, nem függ a galaxis távolságától. Azonban, mint az a fenti ábrán is látható, azonos távcső és detektor páros mellett a közeli és a távoli galaxis esetében a felbontás eltérő. A távolabbi galaxis képe „simább” lesz, így ebben az esetben kisebb felületi fényesség fluktuációt fogunk mérni. Mondhatjuk úgyis, hogy a kétszer távolabbi galaxis képe, kétszer „simább”.

A módszer hatalmas távolságokra, vagyis akár 100 Mpc-en túl is működik. Vannak azonban gyengeségei. Először is körültekintően meg kell tisztítani a mintát, vagyis el kell távolítani például a csillagokat és más galaxisokat. Ténylegesen csak a mérni kívánt galaxis SBF-jére vagyunk ugyanis kíváncsiak. Továbbá, az eljárás nagy csillagsűrűséget feltételezve működik csak. Vagyis csak elliptikus galaxisokon, illetve nagy központi dudorral (bulge) rendelkező spirál galaxisok esetén használható. Mivel az SBF egy másodlagos távolság indikátor, így kalibrálni kell, ami nem egyszerű feladat. Ez Cepheida változócsillagok (lásd alább) segítségével például igen problematikus, mert azok jellemzően spirál galaxisokban fordulnak elő. Éppen ezért gyakorta galaxishalmazokon végzik el a kalibrációt, ahol egy ismert távolságú spirál galaxis közelében látszó elliptikusról feltételezik, hogy annak távolsága szintén hasonló.

A Scupltor galaxisainak viszonylagos közelsége lehetővé tette, hogy bizonyos tagok esetén modern földi távcsövekkel Cepheida típusú változócsillagokat keressenek bennük a csillagászok, és így ezek segítségével meghatározzák azok távolságát. A fényes, így nagy távolságból is megfigyelhető Cepheida változók fényváltozási periódusa és abszolút fényessége közötti reláció egy kitűnő távolság meghatározási módszer. A csillag periódusából származtatott abszolút fényességéből, és a mért látszólagos fényességből, pedig már egyszerűen következik az objektum távolsága.

A Hubble űrtávcsőnek köszönhetően egy merőben új korszak köszöntött be a csillagászatban. Hirtelen megnyílt az út még több csillagváros egyedi csillagainak vizsgálata felé. Így még több galaxisban vált lehetővé a Cepheida típusú változócsillagok detektálása, továbbá a kellő számú vörös óriás csillag minta mellett egy újabb távolságmérési eljárást vethettek be a csillagászok.

A naptömegű csillagok életpályája. A vízszintes tengelyen a csillag effektív hőmérsékletének logaritmusa, míg a függőleges tengelyen a Naphoz viszonyított luminozitásának logaritmusa található.

A vörös óriás fázis a Naphoz hasonló tömegű csillagok életében akkor következik be, amikor a magban a hidrogén készletek már fogytán vannak. A hidrogén fúzió a magot körülvevő külső héjba tevődik át, miközben a csillag külső részei ennek hatására kitágulnak, míg felszíni hőmérséklete lecsökken. A csillag elhagyja a fősorozatot, és a görbén elvándorol egészen az F pontig. Jól látható, hogy ebben a luminozitás csúcspontban valami drasztikus történik, és jelentős fordulat következik be a naptömeg körüli csillagok életében: robbanásszerűen beindul a hélium fúziója a degenerált héliumból álló magban, és ez után a csillag luminozitása jelentősen lecsökken. Ezt a pontot az első vörösóriás ág tetejének nevezik. A pont neve az angol nyelvű szakirodalomban: Tip of the Red Giant Branch (TRGB).

A vörös óriások eloszlását felrajzolva egy szín-fényesség diagramon, ahol a szín a vizuális és a közeli infravörös tartományban megfigyelt fényességek különbsége (g’-i’), míg a fényesség a közeli infravörös tartományban látszó fényesség (i’), azok eloszlása egyszerű hatványtörvényt követ. Ezt a csillagfejlődési elméletek és a megfigyelések egyaránt alátámasztják. Megfelelő matematikai apparátus, és csillagászati ismeretek birtokában meghatározható az első vörösóriás-ág tetejének (TRGB: Tip of the Red Giant Branch) látszólagos közeli infravörös fényessége.

Az NGC7793 galaxis vizsgált területeinek szín-fényesség diagramja, melynek vízszintes tengelyén a csillag vizuális és közeli infravörös fényesség különbsége, míg a függőleges tengelyén a közeli infravörös fényessége szerepel. MS: fősorozat, RGB: vörös óriás ág, AGB: aszimptotikus ág. Forrás: Marija Vlajić, Joss Bland-Hawthorn, Kenneth C. Freeman

Az idős (több milliárd éves) vörös óriás csillagok esetén, melyek fémtartalma kicsi ([Fe/H] ≤ -0.7), a közeli infravörös tartományban a TRGB pont abszolút fényessége független azok fémtartalmától. Ez már nem teljesen igaz a fiatalabb, így nagyobb fémtartalmú csillagokra. A csillagászok minden olyan elemet, ami nem hidrogén vagy hélium, fémnek neveznek. A csillagok fémtartalma fontos szerepet játszik fejlődésükben, és ennek köszönhetően kissé más utat járnak be. A nagyobb fémtartalmú vörös óriások életpályája a diagramon kissé a kékes tartomány felé tolódik. A módszer egyik lényeges sarokköve tehát, hogy a csillagok fémtartalma, vagyis kora egy tág intervallumban (>2 milliárd év) nem befolyásolja szignifikánsan a távolság meghatározás pontosságát. Ráadásul idősebb csillagpopulációk minden galaxisban akadnak, míg a fiatalabbak, a csillagkeletkezés hiányában szinte teljesen hiányoznak például az elliptikus galaxisokból.

A kutatók a TRGB abszolút fényesség kalibrációját olyan a Tejútrendszerhez tartozó gömbhalmazokon és csillagpopulációkon végezték el, ahol más távolság meghatározási módszerek is rendelkezésre álltak. Ez után a TRGB abszolút fényességének ismeretében, és a látszólagos fényességének birtokában a csillagászok már ki tudták számítani a galaxisok távolságát.

Természetesen, több nehézség is felmerül a pusztán matematikai „kihívások” mellett. Megfelelő csillagjelölteket kell választani, és a látszólagos fényesség esetén több korrekciós tényezőt is figyelembe kell venni. Ilyen például, hogy a saját galaxisunkban lévő intersztelláris médium némi vörösödést okozhat a megfigyelt objektumok fényében, illetve tompíthatja azt. Magában a távoli galaxisban található por és gáz szintén hatással lehet a megfigyelt csillagok színére és fényességére.

E rövid áttekintés után nézzük meg, hogy a galaxisok távolságának és radiális sebességének meghatározása után milyen következtetésre jutottak a csillagászok!

Eredetileg a Szobrász csillagkép irányában látszó öt, viszonylag fényes galaxisról, vagyis az NGC55, az NGC247, az NGC253, az NGC300 és az NGC7793 asszociációjáról gondolták azt, hogy ezek egy csoportosuláshoz tartoznak, vagyis kezdetben ezeket tekintették a Sculptor csoport tagjainak. Az elmúlt évtizedekben aztán, a különböző felmérésekben sorra fedezték fel az ég e területén a törpe galaxisokat. Azonban, az ezredforduló környékén sokukról kiderült, hogy csupán ebbe az irányban látszó háttér galaxisok.

Mai ismereteink szerint a következők mondhatóak el a világűr eme szegletéről. A Sculptor csoport alakja leginkább egy 1 x 6 Mpc kiterjedésű szivarra emlékeztet, mely hosszan nyúlik el látóirányunk mentén. Nem is klasszikus értelemben vett csoportról van szó, inkább galaxisok ritka felhőjének nevezhető, ugyanis „a szivar” közeli és távoli vége között úgy tűnik, nincs gravitációs kapcsolat. A Sculptor komplexumnak nincs határozott központja, sem éles határa.

A közeli galaxisok eloszlása az égbolton a Sculptor csoport irányába, mely leginkább kis galaxis rendszerek felhőjének tekinthető. A sötét négyzetek a domináns, fényes galaxisokat reprezentálják. A fekete körök a szabálytalan törpe galaxisokat, míg az üres körök a szferoidális törpe galaxisokat jelölik. (Az NGC55 valójában a Nagy Magellán felhőhöz hasonlóan úgynevezett Magellán típusú küllős törpe spirál galaxis.) Az egyenes vonalak a főbb galaxisokat és kísérőiket kötik össze. A kis számok az egyes galaxisok radiális (látóirányunkban eső) sebességét (Km/s) mutatja. Forrás: I. D. Karachentsev és mások.

Az előtérben, hozzánk legközelebb az NGC300, az NGC55, az ESO410–05 és ESO294–10 kvartettje helyezkedik el a maga 1.95 Mpc (6.4 millió fényéves) átlagos távolságával.

Az NGC253 luminozitása a többi galaxisét jelentősen túlszárnyalja, ezért a csillagászok úgy vélik, hogy ez a nagyjából 3.94 Mpc (12.8 millió fényév) távolságra lévő galaxis lehet a kísérőivel együtt, tehát a NGC247-tel, a DDO 6-tal, Sc 22-vel, KDG 2-vel és a FG 24-gyel a komplexum dinamikai központja.

A vidék egy másik meghatározó csoportosulását a 3.91 Mpc-re (12.7 milló fényévre) található NGC7793, az UGCA 442, és az ESO 349–031 hármasa képviseli. Érdekes, hogy mérési hibahatáron belül az NGC253 és az NGC7793 látóirányú távolsága szinte teljesen azonos.

Az NGC625 és ESO245-005 bár látszólag közel helyezkednek el egymáshoz az égen, illetve radiális sebességükben sincs hatalmas különbség, mégis szeparációjuk a térben majdnem 2 Mpc. Meg kell jegyeznem azonban, hogy az NGC625 2.7 Mpc-es, és az ESO245-005 4.4 Mpc-es távolság értéke igen jelentős bizonytalanságot hordoz magában.

A fenti ábrán is feltüntetett galaxisok közül többeknél is felmerült a gyanú, a csoport egészéhez képest kiugróan magas a radiális sebességük miatt, hogy azok csupán háttér galaxisok. Így például igen valószínű, hogy az ESO 149-03, az NGC59, és a DDO 226 is az.

A távolság és dinamikai vizsgálatok másra is rávilágítottak. A 6 Mpc hosszú, a Szobrász csillagkép irányába látszódó galaxis felhő a Lokális Csoporttal (Tejútrendszerünk ennek a része), és a Canes Venatici I galaxis felhővel együtt egy nagyjából 10 Mpc hosszan elnyúló amorf szálnak a része. Bár hatalmas méretű ez a kozmikus képződmény, azonban még így is csak kis szigete a nagyjából 150 Mpc kiterjedésű Laniakea szuperhalmaznak.

NGC7793, avagy a káosz és a rend

Az NGC7793, ahogy már fentebb is említettem, 3.91 Mpc-re (12.7 milló fényévre) található és látszólagos mérete az égen 9.3ˊ × 6.3ˊ. Átmérője nagyjából 35 ezer fényév körül lehet, így nagyságát tekintve csak harmad akkora, mint Tejútrendszerünk. A katalógusokban rákeresve az NGC7793-ra, általában 9 és 10 magnitúdó közötti fényességértékeket találunk, ami könnyen megtéveszthető lehet annak, aki vizuálisan szeretné felkeresni, ugyanis az NGC7793 kis felületi fényességű galaxis.

A spirál galaxis kifejezés hallatán az olvasók többségének valószínűleg nem a fotómhoz hasonlatos kép fog megjelenni a fejében. Sokkal inkább valami olyasmi, mint amilyen mondjuk az M51 (a társától most egy pillanatra tekintsünk el), ahol két szabályos kar spirálozva tekeredik a mag körül.

Balra az NGC7793-ról, jobbra az M51-ről készült felvételem látható. Figyeljük meg, hogy mennyire más a két galaxisban a spirálkarok felépítése.

A spirál galaxisokat a karok megjelenési formája szerint a csillagászok három fő csoportba sorolják. Az első csoportba a szabályos spirál galaxisok (grand design galaxy) tartoznak. Fő jellemzőjük a két szimmetrikus, egybefüggő és határozott spirálkar. Igen, a legtöbbünkben ez a kép él a tipikus spirál galaxisról, annak ellenére, hogy mindössze csak a 10%-uk ilyen. A második csoportot az úgynevezett pelyhes galaxisok (flocculent galaxy) alkotják. Ezeknél a karok nehezen kivehetőek, szakadozottak, kissé „szedett-vedett”, kaotikus a korong. Az NGC7793 is ide sorolható, akárcsak a spirál galaxisok 30%-a. Végül a harmadik csoportot a sok-karú (multiple arm) galaxisok képviselik, melyekre az erősebb belső karok és a kaotikus külső a jellemző. Ezek képviselik 60%-kal a spirál galaxisok túlnyomó többséget. Megjegyzem, hogy a kutatók egy része egy csoportként tekint a pelyhes és a sok-karú galaxisokra.

De hogyan jönnek egyáltalán létre a spirál karok? Miért is látunk spirális struktúrákat egyes galaxisokban?

A klasszikus Lin-Shu elmélet szerint nagyon tömören a válasz az, hogy sűrűséghullám forog körbe a korongon merev testként. Ne ijedjen meg a kedves olvasó, mert máris elmagyarázom anélkül, hogy nagyon el kellene mélyedni a matematika és a fizika rejtelmeiben.

Először is mi is az a sűrűséghullám? Ennek könnyebb megértéséhez előveszem, az ilyenkor szinte kötelezően elhangzó analógiát. Bizonyára már mindenki utazott autóval, így elmondhatja magáról, hogy közelről látott már sűrűséghullámot, és részt is vett benne. Tegyük fel, hogy egy soksávos autópályán haladunk mondjuk a megengedett 130 Km/h sebességgel. Vidámak vagyunk, megfelelő a tempó, semmi sem akadályoz minket. Előttünk azonban pár kilométerrel valakik lassabban vezetnek, mondjuk csak 90 Km/h sebességgel. Ide mindenki helyettesítse be a kedvenc szereplőjét, én egymás előzgető kamionok sorára fogok gondolni, ami tökéletes ehhez a példához. Előbb utóbb a többiekkel utolérjük őket, és lassítanunk kell nekünk is 90 Km/h-ra, hogy biztonságosan átjussunk a dugón. Miután a lassabb járműveken keresztül verekedtük magunkat, ismét szabad az út és visszagyorsítunk 130 Km/h-ra, akár csak a többiek. A forgalmi akadály (a sok kamion) 90 Km/h-val „közlekedik”, míg a személyautók számára a tipikus (megengedett) sebesség 130 Km/h. Ez a szituáció egy jó példája a sűrűséghullámnak, és az általa okozott zavarnak.

Ültessük most át az előzőeket a galaxisokra. Itt a forgalmi dugókat a Lin-Shu teória szerint a spirál galaxisokban jelenlévő sűrűséghullámok jelentik. A hullámokban a tömegsűrűség nagyobb, mint a korong más részein. Nagyon egyszerűen fogalmazva: az anyag egy ilyen hullámban „szorosabban tömörödik”. Tudományosabban: itt a tömegsűrűség relatív fluktuációja 10-20%. A spirál alakú hullámok a galaxis anyagától függetlenül merev testként rotálnak, és több rotációs perióduson keresztül képesek állandó állapotban fennmaradni, ami sok-sok 100 millió évet jelent. A csillagok, a gáz- és a porfelhők azonban annál gyorsabban kerülik meg a galaxis centrumát, minél közelebb vannak hozzá. Így a belső vidékeken ezek utolérik a sűrűséghullámokat, míg a külső régiókban a sűrűséghullám éri be őket. Amikor egy csillag közel kerül a hullámhoz, a nagyobb tömegsűrűsége „behúzza” a csillagokat, és „visszafogja” egy darabig. Idővel azonban a csillag keresztüljut a sűrűséghullámon. Hasonló történik a gázfelhőkkel és a porfelhőkkel is. A különbség az, hogy ezek összenyomódnak a magasabb tömegsűrűség miatt. Ha egy gázfelhő kellően sűrűvé válik (Jeans-kritérium) elkezd összehúzódni, és megkezdődik benne a csillagok kialakulása. A hideg molekuláris gázfelhőkben születő csillagoknak időre van szüksége, hogy kellően összesűrűsödve, magjukban beinduljon a hidrogén fúziója. Egy nagytömegű csillag esetén ehhez nagyjából 100 ezer év szükséges, míg a kisebb tömegűeknél ez akár több 10 millió évig is eltarthat. Mindeközben a sűrűséghullám továbbhalad, de mire az újszülött csillagok bölcsője eléri a hullám peremét, már felragyognak a nagytömegű csillagok. Ezek az O és B típusú csillagok erős UV sugárzásukkal nagy területen ionizálják az őket körülvevő gázfelhőket, melyek ennek köszönhetően szintén világítani kezdenek. A fiatal nagytömegű csillagok és az ionizált gázfelhők, vagyis az úgynevezett HII régiók keltik életre a spirálkarokat, az ezeknek köszönhetően válik láthatóvá. A hatalmas tömeggel rendelkező csillagok azonban nem élnek sokáig. Alig 5-10 millió év alatt leélik életüket. E rövid idő alatt galaktikus keringésük során nem jutnak messzire a születési helyüktől, vagyis mindig a sűrűséghullám peremén figyelhetőek meg. A kisebb tömegű társaik azonban megkezdik számtalan cikluson át tartó keringésüket, benépesítve a korongot. A karok nem is tömegük, hanem a bennük zajló csillagkeletkezés miatt fényesebbek a közöttük lévő térnél.

C.C. Lin és F. Shu az 1960-as évek derekán dolgozták ki elméletüket, amit az óta többen továbbfejlesztettek. Ők még egyáltalán nem foglalkoztak magának a sűrűséghullámnak a kialakulásával. Ezt a kérdést egyébként a mai napig sem sikerült megnyugtatóan tisztázni.

Egyes tanulmányok szerint a galaxison belüli bármilyen kis instabilitás felelőssé tehető a sűrűséghullámok kialakulásáért. Indukálhatták ezeket akár a galaxis korongjának keletkezésekor, az abban létrejött sűrűsödések is.

A videóban a Tejútrendszer kialakulásának szimulációja látható. Figyeljük meg, a spirális struktúra kialakulását!

De egy másik galaxissal történő kölcsönhatás ugyanúgy kiválthatja a sűrűséghullámokat. Talán a fentebb említett M51 esetén is erről van szó. Érdekességképpen megjegyzem, hogy a legpompásabb karokkal rendelkező spirál galaxisok közül igen soknak van kísérője.

Léteznek azonban más sűrűséghullámon alapuló elméletek is, melyek közül a kaotikus spirálkar elméletet emelném ki, és annak is csak az egyik legegyszerűbb változatát mutatnám be. Ahogy a nevéből is sejthető, ez inkább a kaotikus, töredezett karokkal rendelkező spirál galaxisokra koncentrál, mint amilyen például a pelyhes NGC7793 galaxis. Ne feledjük el, hogy ezek a galaxisok jelentősen nagyobb számban fordulnak elő, mint a szabályos, szimmetrikus, egybefüggő karokkal rendelkező társaik. Ellentétben a Lin-Shu elmélettel itt a karok egyáltalán nem hosszú életűek, folyamatosan születnek és meghalnak, ám itt is kapcsolatban állnak a csillagkeletkezéssel. A karok kialakulása azzal kezdődik, hogy a gázban igen gazdag galaxis bizonyos régióiban lokális gravitációs instabilitás lép fel az intersztelláris gázfelhőkben, melynek hatására beindul a tömeges csillagkeletkezés. Mivel a galaxis differenciális rotációt végez, vagyis a centrumhoz közelebbi égitestek keringési sebessége nagyobb, így az előző folyamatban született csillagok lassan spirális mintázatot rajzolnak ki. Létrejön a kar, vagy kartöredék teletűzdelve kékes fényű csillaghalmazokkal és vöröses színben pompázó HII régiókkal. Az idő előrehaladtával a nagyobb tömegű, fényesebb csillagok elpusztulnak, így a kar (a kartöredék) „kivilágítása” megszűnik, a struktúra lassan elenyészik. Mindez a galaxis több pontján, az időben eltolva zajlik. Karok alakulnak ki itt, és tűnnek el ott.

Mint a fentiekből is látható, bár nem törekedtem a teljességre, nem csak egyetlen elmélet létezik, amely megpróbálja megmagyarázni, hogy miért is látunk spirál galaxisokat az világegyetemben. Az utóbbi időkben egyre többen adnak hangot annak, hogy talán más folyamatok alakíthatták ki a szabályos, szimmetrikus karokkal rendelkező galaxisok, mint például a pelyhes galaxisok korongbeli struktúráit. Előtérbe került annak vizsgálata, hogy miként lépnek fel az instabilitások a gázban, a csillagok mozgásában, mikor viselkednek állóhullámként a sűrűséghullámok, illetve mikor nem. A spirál galaxisokat pedig ennek megfelelően kezdték inkább osztályozni.

És akkor még nem is említettem, hogy a technika fejlődésének köszönhetően ma sokkal messzebbre tekinthetünk az univerzumban, így láthatjuk a galaxisok igen korai fejlődési állapotát. Ez a lehetőség a múltszázad közepén még nem állt a kutatók rendelkezésére.

Ma már tudjuk, hogy a korai világegyetemben egyáltalán nem voltak még spirál galaxisok. Ezek elődjei csak a korongból álltak, és fényes, masszív csillagkeletkezési csomókból. Alig volt még bennük rendezett struktúra. Milliárd évek teltek el, míg a dolgok lassan rendeződni kezdtek. A hatalmas csomók többnyire eltűntek, és lassan megjelent a központi dudor. A kisebb csomók elkezdték kirajzolni, az akkor még igencsak elmosódott, határozatlan spirálkarokat. Az első határozott karokkal rendelkező galaxisok akkor jelentek meg, amikor a világegyetem már nagyjából 3.6 milliárd éves volt. Erre a korszakra a spirálisok két típusa volt a jellemző. A „kétkarúak” és a vastag szabálytalan karokkal rendelkezők, melyek még mindig tartalmaztak csomókat. Az olyan négykarú galaxisokra, mint a mi Tejútrendszerünk vagy az Androméda galaxis 8 milliárd évet kellett várni az ősrobbanástól számítva.

Térjünk még vissza egy picit a felvételem célpontjához, vegyük szemügyre alaposabban. Az optikai tartományban készült felvételemen is nagyszerűen látszik, hogy az NGC7793 galaxis bővelkedik a csillagkeletkezési régiókban. Mindenfelé vöröses, némileg rózsaszínben hajló HII régiók tarkítják a korongját. A látványhoz pedig hozzáadódik a 100-150 pc (kb. 300-500 fényév) méretű OB csillagasszociációk csoportjának kék fénye. Az asszociációk tagjai, a nyílthalmazokkal ellentétben, nem kötődnek egymáshoz gravitációsan. Kiterjedésük pedig sokszorosa lehet a nyílthalmazokénak. Gázfelhők közelében, vagy abba ágyazódva akadhatunk rájuk. A felvételen a legnagyobb kék foltok mérete a 300 pc-et (közel 1000 fényév) is eléri. Bár ebben az esetben már inkább csillagkomplexumokról van szó, vagyis asszociációk csoportjáról.

Az NGC7793 karjainak struktúráját igazán azonban a róla készült infravörös felvételek teszik láthatóvá. A Spitzer űrtávcső könnyedén keresztüllát a sűrű gázfelhőkön és a poron.

A Spitzer infravörös tartományban készült felvétele az NGC7793-ról. A kék a 3.6 mikronos, a zöld a 4.5 mikronos, a vörös szín az 5.8 és 8.0 mikronos infravörös emissziónak felel meg. Mivel a 3.6 mikronos sugárzáshoz erősen hozzájárulnak a csillagok is, így azt a képen erősen csökkentették. Ennek a levonásnak köszönhetően, a poros régiók jobban láthatóvá váltak. Kép forrása: NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona) – SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxy Survey) projekt

A kék és zöld szín az idősebb hidegebb csillagoktól származik, főleg ezek sugárzása uralja a 3.6 mikronos és 4.5 mikronos tartományt. 5.8 és 8.0 mikronos hullámhosszon a csillagok infravörös fénye azonban már elhalványul. Ebben a tartományban feltűnik a por szerkezete a galaxison belül. Egészen pontosan az úgynevezett policiklusos aromás szénhidrogének (PAH – Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) sugárzását láthatjuk ezeken a hullámhosszakon.

A csillagok sugárzása által felmelegített por emissziója folytonos az infravörös tartományban. Ezt a folytonos spektrumot szilikát elnyelési vonalak (vagy sávok), illetve a policiklusos aromás szénhidrogének emissziós vonalai (vagy sávjai) tarkítják. A Spitzer teleszkóp infravörös kameráját pedig kimondottan úgy tervezték, hogy eme utóbbi megfigyelésére (is) alkalmas legyen. A csillagászok korábban azt tapasztalták, hogy ahol előfordul a csillagközi por, ott a policiklusos aromás szénhidrogének is előfordulnak. A csillagok sötét helyeken, sűrűs gáz- és porfelhők mélyén keletkeznek, ahová optikai tartományban vajmi kevés esélyünk van bepillantani. Az 5.8 és 8.0 mikronos emisszió azonban elárulja e fészkek helyét. Nemcsak elárulja, de egyben fel is tárja a részletek. Amíg a csillagkeletkező régióknak csak sziluettjét látjuk mindössze az optikai tartományában, addig a policiklusos aromás szénhidrogének szépen kirajzolják a ködök struktúráját.

Az előbbiek értelmében, így a vörös szín reprezentálja az NGC7793-ról készült felvételen azokat a területeket, ahol a csillagok következő generációja születik majd. Infravörös hullámhosszon még sokkal szembetűnőbb, hogy mennyire kaotikus az NGC7793 felépítése. A spirálkarok inkább csak töredezett ívek, és nem oly fenségesen csavarodnak, mint az M51 esetében, ahogy az a lenti, szintén a Spitzer űrtávcsővel készült képen látható. Zavaros szépségében mégis van számomra valami magával ragadó.

Az M51 (NGC5194) és az NGC5195 az infravörös tartományban a Spitzer űrtávcső felvételén. A színekre itt a fentebb leírtak érvényesek. Kép forrása: NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona) – SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxy Survey) projekt

Mikrokvazár és fekete lyukak az NGC7793-ban

Az NGC7793-ról készült felvételem részletének negatív változata. Két vonal fogja közre a P13 elnevezésű ultrafényes röntgenforrás (ULX) optikai tartományban is látható komponensét. A vörös kör azt a régiót jelöli, ahol az S26 nevű mikrokvazár lakik.

Mielőtt mesélnék az NGC7793 két furcsa lakójáról általánosságban is ismerkedjünk meg a csillagászati objektumok egy bizonyos csoportjával.

A világegyetemben előforduló fekete lyukak tömege igen széles tartományban változik. A galaxisok magjában tanyázó, központi szupermasszív fekete lyukak (SMBH: supermassive black hole) tömege pár milliótól több milliárd naptömegig is terjedhet. A skála másik oldalán a Napnál 5-30-szor nagyobb tömegűek helyezkednek el, melyek a nagyon nagytömegű csillagok életét lezáró szupernóva-robbanását követően keletkeznek. A szakirodalom ezeket csak csillag tömegű fekete lyukaknak (stellar black hole, stellar-mass black hole) nevezi. A hipotézisek szerint, a két véglet között foglalnak helyet a köztes tömegű fekete lyukak (IMBH: intermediate-mass black hole), melyekre egyelőre csak viszonylag kevés jelölt akadt. A fekete lyukak, ahogy ez a nevükből is sejthető a környezetükre gyakorolt hatásuk révén figyelhetőek csak meg, vegyük sorra miként állnak elénk az univerzum porondján.

A kvazárok több milliárd fényéves távolságban lévő aktív galaxis magok (Active Galactic Nucleus – AGN). A ma elfogadott modellek szerint a kvazárok magjában szupermasszív központi fekete lyuk található. Ezek a fekete lyukak gravitációjukkal csapdába ejtve, mohón próbálják elnyelni a környezetükben található anyagot. Az étekként szolgáló intersztelláris gáz és por, mely a környező felhőkből, vagy éppen szétszaggatott csillagokból származik, akkréciós korongot formál. A korongot kívülről sűrűbb, lassabban keringő gázfelhők veszik körül. Az akkréciós korong anyaga miközben befelé örvénylik, egyre gyorsabban mozog és felhevül. A folyamatban a mozgási energiájának egy jelentős része elektromágneses sugárzássá alakul. Az akkréciós korong mindkét oldalán, arra merőlegesen, a forgástengely mentén plazmából álló jet-ek jönnek létre, melyek a fekete lyuk közeli erős mágneses terében közel fénysebességre gyorsított, töltött szubatomikus részecskékből állnak. Ezek a töltött részecskék a mágneses térben kifelé spirálozva felelősek az úgynevezett szinkrotronsugárzásért.

A jet-ek létrejöttének pontos mechanizmusa még a mai napig vita tárgyát képezi a kutatók körében. Valószínűsíthető, hogy az akkréciós korongban felcsavarodó mágneses térnek kitüntetett szerepe van abban, hogy a forgástengely mentén keskeny nyalábba terelődik a kiáramlás. A jet-ek, kilövellések hatalmasak is lehetnek, hosszuk nemritkán eléri akár a több millió fényévet. Ehhez képest maga a belső szerkezet, vagyis a korong és az azt körülvevő gázfelhők a fényéves nagyságrendbe esnek. Emlékeztetőül a Tejútrendszer átmérője 100000 fényév. A kvazárok óriási mennyiségű energiát sugároznak ki, méghozzá csillagászati értelemben véve roppant kis területről.

Az, hogy a galaxis aktív magját miként látjuk az égen, 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. A dolog hátterében álló mechanizmus azonban minden esetben ugyanaz.

A köztes tömegű fekete lyukaknál teljesen hasonló akkréciós mechanizmusok működnek. Ebben az esetben is a környező por és gáz a napi menü. Leggyakrabban az ultrafényes röntgenforrásokkal (ULX: ultra-luminous X ray source) hozzák őket kapcsolatba.

A csillagok tömegének nagyságrendjébe esők, akkor válnak láthatóvá, ha van egy kísérőjük, akitől csillaganyagot tudnak zsákmányolni. Egy kettős rendszerben mindkét komponens esetén megvan az a térrész, amit az adott égitest gravitációja ural. Ezt Roche-térfogatnak nevetik. Ami azon kívül kerül az akár el is hagyhatja a rendszert, vagy a páros körüli pályára áll. A belső Langrange-ponton keresztül azonban anyag áramolhat át az egyik Roche-térfogatból a másikba. Ez meg is történik akkor, ha a fekete lyuk társa fejlődése során felfúvódik és kitölti a saját Roche-térfogatát. Az átáramló csillaganyag a fekete lyuk körül akkréciós korongot hoz létre, és beindul a kvazároknál már ismertetett folyamat, csak éppen „kicsiben”. Ennek köszönhetően intenzív röntgensugárzás keletkezik, és így a „láthatatlan” láthatóvá válik a Föld körül keringő röntgen távcsövek felvételein.

Az ábra a Roche-térfogatot szemlélteti. Az L1 a szövegben is említett belső Langrange-pont. Az eredeti ábra forrása: Wikipedia.org (az eredeti ábra hibás volt, így módosítottam)

A hosszú évtizedek kutatásai azt a képet formálták a fekete lyukakról a kutatók fejében, hogy minél nagyobb egy ilyen égitest tömege, annál gyorsabban képes habzsolni a gázt, és így annál intenzívebb a megfigyelhető elektromágneses sugárzás.

Ebből a képből lóg ki az NGC7793-ban a P13 ultrafényes röntgenforrás (ULX: ultra-luminous X-ray source). A röntgentartománybeli kiugró fényességével azonnal felkeltette a kutatók figyelmét. Érthető volt az izgatottságuk, mert úgy tűnt, egy újabb köztes tömegű fekete lyuk akadhatott horogra. Nekiláttak, hogy meghatározzák a fizikai paramétereket. A csillagászok szerencsés helyzetben voltak, ugyanis sikerült azonosítani a fekete lyuk kísérőjét az optikai tartományban. A körülbelül 20.5 (V) magnitúdós csillag az én felvételemen is látszik. B8I színképtípusa alapján, egy késői típusú kék szuperóriásról van szó. Luminozitásából és színképéből pedig következtetni lehetett a kísérő tömegére és sugarára. A kapott értékek szerint, a csillag tömege valahol 10 és 20 naptömeg között lehet, sugara pedig 40-60-szorosa központi csillagunkénak. A csillag fejlődése során kitöltötte Roche-térfogatát, és éppen anyagot ad át a fekete lyuknak. A csillagászok észrevették, hogy a színképben megfigyelhető abszorpciós és emissziós színképvonalak radiális sebességgörbéje éppen ellentétes fázisú. Ez a viselkedés a spektroszkópikus kettőscsillagok színképének egyik jellegzetessége, vagyis az olyan párosoké, ahol a komponensek szeparációja távcsővel lehetetlen, csak a színkép árulkodik arról, hogy ketten vannak. A közös tömegközéppont körüli keringésük során hol az egyik közelít felénk, a másik meg távolodik, hol pedig éppen fordítva. A változó radiális (látóirányú) sebesség miatt a színképvonalak hol a kék, hol a vörös felé tolódnak (Doppler-effektus). Mivel a P13 abszorpciós és emissziós színképvonalainak radiális sebesség görbéjének amplitúdója közel azonos, így ebből következően a csillag és a fekete lyuk tömegének is közel azonosnak kell lennie. A fekete lyuk tömegére így 10-20 naptömeget kaptak „mindössze”, vagyis az „csak” egy csillag tömegű fekete lyuk.

A fenti eredményeket taglaló publikáció még 2010-ben jelent meg. Már itt megjegyezték a szerzők, hogy még több mérésre van szükség a dolgok tisztázásához. A kutatócsapat tehát ezután sem pihent, és folytatták a vizsgálatokat, immáron több évnyi mintával a tarsolyukban újabb, pontosabb következtetéseket tudtak levonni.

A kísérő színképtípusát pontosították B9Ia-ra, és tömegére is kissé más értéket kaptak, azonban ez nagyságrendileg nem tért el a korábbi publikációtól. A csillag eredeti tömege anno 20-25 naptömeg lehetett, de mára már csak 18-23 naptömegű. A kék szuperóriás 8 évnyi fénygörbéjét (UV, V) tanulmányozva sikerült kimutatni, hogy a keletkező röntgensugárzás a kísérő fekete lyuk felé tekintő oldalát felfűti. A fűtött terület révén lehetőség adódott, hogy meghatározzák a keringési periódusát, melyre 64 napot kaptak, és a pálya excentricitását (elnyúltságát).

A P13-as ULX fantáziarajza. A fekete lyuk felöli oldalt felfűti az akkréciós korong röntgensugárzása. A rajzon az is látszik, ahogy a korong leárnyékolja a sugárzás egy részét. Kép forrása: International Centre for Radio Astronomy Research

A csillagászok kezükben a fekete lyuk társának paramétereivel, vagyis tömegével, keringési periódusával, a pálya alakjával, stb., illetve a megfigyelt luminozitás görbékkel, nekiláttak a rendszert modellezni. Eredményül azt kapták, hogy a fekete lyuk tömege nem lehet nagyobb 15 naptömegnél. Ellenkező esetben a Roche-térfogat túl kicsi lenne, amikor a B9Ia óriáscsillag a legközelebb kerül a fekete lyukhoz.

A modellek azt is megmutatták, hogy a röntgenforrás nagy fényessége, a 15 naptömegnél kisebb tömegű fekete lyuk esetében, az úgynevezett szuperkritikus akkrécióval (supercritical accretion) magyarázható. De mit is jelent ez? Ahogy fentebb is utaltam rá, a kibocsájtott sugárzás intenzitása függ a fekete lyuk tömegétől. Szférikus anyagbeáramlás esetén az objektum nem lehet fényesebb az úgynevezett Eddington luminozitásnál. A beáramló gázzal szemben áll ugyanis a sugárnyomás, így van egy limit, amit nem léphet át a sugárzás erőssége, különben az „elfújja” a beáramló anyagot. Amennyiben viszont egy vékony korongban spirálozik befelé a gáz, akkor a sugárzás anizotrópiája miatt a sugárzás túllépheti az Eddington határt, a korongot nem „fújja el” a sugárzás. Az, hogy milyen nagy luminozitást látunk, mennyivel lépi túl a sugárzás erőssége a küszöböt, nagyban függ a betekintési szögtől. Természetesen ebben az esetben is létezik egy elméleti maximum, de ennek tárgyalásától most eltekintek.

Az Eddington luminozitást, és a szuperkrikitus akkréciót szemléltető ábra. Részletek a fenti szövegben. Az eredeti ábrák forrása: Shin Mineshige és mások

Az előzetes várakozásokkal ellentétben a P13 ultrafényes röntgenforrás tehát nem egy köztes tömegű fekete lyukat tartalmaz, mindössze egy masszív csillag tömegű fekete lyukat, ami kicsi tömege ellenére meglepően „nagyétvágyú”.

Végezetül ejtenék pár szót az az NGC7793 egy másik különös lakójáról. Ez az NGC7793-S26 (a továbbiakban csak S26) jelű HII régióban található mikrokvazárról.

Az NGC7793-ról készült kompozit képen A képen megjelölt NGC7793-S26 HII régió egy mikrokvazárt rejt magában. A Chandra űrtávcső felvételéről származik, és a különböző energiájú röntgensugárzást jelöli a vörös, a zöld és a kék szín. A világoskék az optikai tartománynak felel meg (luminance kép). Ez az utóbbi felvétel a VLT (Very Large Telescope array) egyenként 8.2 méteres átmérőjű tükrökkel rendelkező távcsőrendszerével készült. Az aranyszínű régiók pedig a CTIO 1.5 méteres távcsővel felvett Hα keskenysávú felvételről származnak.

Kép forrása: http://chandra.harvard.edu – Röntgentartomány (NASA/CXC/Univ of Strasbourg/M. Pakull és mások); Látható fény (ESO/VLT/Univ of Strasbourg/M. Pakull és mások); H-alfa (NOAO/AURA/NSF/CTIO 1.5m)

Ahogy fentebb is írtam, a kvazárok és az aktív galaxisok „védjegye” a két hatalmas jet. Ritkán, eddig nem teljesen tisztázott okokból, azonban a csillag tömegű fekete lyukak esetében is keletkeznek jet-ek, melyek a rádiótartományban két lebenyként figyelhetőek meg. Mivel ezen kilövellések mérete eltörpül a galaxisok magjából kiindulókéhoz képest, ezért gyakran nevezik az ilyen fekete lyuk és egy csillag alkotta rendszereket mikrokvazároknak.

A Tejútrendszerünkben ennek az égitest típusnak az egyik prominens képviselője az SS443, de az NGC7793 mikrokvazárjának jet-jei messze lekőrözik azét. Eme utóbbinak a mérete kétszer akkora, energiája pedig tízszerese az SS443-énak. Az S26 a világegyetem általunk ismert „legfényesebb” ilyen objektuma. A fenti képen, a bal felső kinagyított kis képkockán (röntgentartomány) jól látszik a fekete lyuknak a környező gázra gyakorolt hatása. Középen a kékes-zöld röntgenfolt jelöli a fekete lyuknak és társának a „búvóhelyét”. Az idők folyamán a kilövellések, a környező intersztelláris anyagba 1000 fényév kiterjedésű forró gázbuborékot fújtak. Egymással szemben, a mikrokvazár két ellentétes oldalán pedig az figyelhető meg, ahogy a jet-ek az intersztelláris gázba ütköznek, és felfűtik azt.

Miért érdekli annyira a csillagászokat a kvazárok és rádió galaxisok kistestvérei? Miért ölnek annyi energiát az NGC7793 különös objektumainak tanulmányozásába? A válasz roppant egyszerű: közel vannak, így rajtuk keresztül megérthetjük a távoli nagyok működését. Segítségükkel bepillantást nyerhetnek az akkréciós folyamatok rejtelmeibe. Láthatják kicsiben és közelről, milyen hatása van a jet-eknek, illetve az akkréciós korongban és a fekete lyuk közelében keletkező sugárzásnak a környezetre. Így arra is meglelhetik a választ, hogy az aktív galaxis magok miként befolyásolták a galaxis fejlődését az univerzum hajnalán.

Zárszó

Messzire kalandoztam a Balatontól úgy hiszem. Nem volt nehéz, mert a csillagászok több nemzedéke által kemény munkával kitaposott, néha tévutakkal tarkított ösvényen kellet csupán végiggyalogolnom. Bízom benne, hogy e galaxis szépségén túl sikerült, a számomra gyakorta többet jelentő mögöttes dolgokból is átadnom valamelyest az olvasónak. Miért? Hogyan? Felnőve se féljünk feltenni e kérdéseket, és keresni a válaszokat.

Felhasznált irodalom:

I. D. Karachentsev, E. K. Grebel, M. E. Sharina, A. E. Dolphin, D. Geisler, P. Guhathakurta, P.W. Hodge, V. E. Karachentseva, A. Sarajedini, P. Seitzer: Distances to Nearby Galaxies in Sculptor

W. Gieren, G. Pietrzynski, A. Walker, F. Bresolin, D. Minniti, R.P. Kudritzki, A. Udalski, I. Soszynski, P. Fouque, J. Storm, G. Bono: The Araucaria Project. An improved distance to the Sculptor spiral galaxy NGC 300 from its Cepheid variables

Marija Vlajić, Joss Bland-Hawthorn, Kenneth C. Freeman: The Structure and Metallicity Gradient in the Extreme Outer Disk of NGC 7793

Elmegreen, Debra Meloy; Elmegreen, Bruce G.: Arm classifications for spiral galaxies

Bruce G. Elmegreen: Star Formation in Spiral Arms

Pietrzyński, G.; Ulaczyk, K.; Gieren, W.; Bresolin, F.; Kudritzki, R. P.: A survey for OB associations in the Sculptor Group spiral galaxy NGC 7793

C. Motch, M.W. Pakull, F. Grisé, R. Soria: The supergiant optical counterpart of ULX P13 in NGC7793

C. Motch, M. W. Pakull, R. Soria, F. Grisé , G. Pietrzyński: A mass of less than 15 solar masses for the black hole in an ultraluminous X-ray source

M. A. Dopita, J. L. Payne, M. D. Filipović, T. G. Pannuti: The Physical Parameters of the Micro-quasar S26 in the Sculptor Group Galaxy NGC 7793