Végre megtudjuk, mennyi idősek a Tejút csillagai

A Gaia űrteleszkóp illusztrációja

Az eddigieknél legalább kétszer pontosabban határozza meg a Tejútrendszer csillagainak életkorát az Embry-Riddle Aeronautical University csillagászai által kifejlesztett új eljárás.

Galaxisunk egésze nagyjából 13 milliárd éves, de vajon mennyi idősek a csillagok, amelyek alkotják? A Tejútrendszer egyes csillagainak életkoráról mindeddig csak viszonylag durva becslések álltak rendelkezésre. Az arizonai Embry-Riddle Aeronautical University kutatói most az Amerikai Asztronómiai Társaság (American Astronomical Society, AAS) januári gyűlésén olyan, a Tejút csillagkeletkezési történetét részletesebben kikutató technikával álltak elő, amely az eddigieknél legalább kétszerte pontosabban megbecsli a csillagok életkorát.

A most használatos csillagdatálási technikák az életük első szakaszát élő, ún. fősorozatbeli csillagok felmérésén alapulnak, méghozzá azokén, amelyek éppen felélték hidrogénkészletüket, és kezdenek hanyatlásnak indulni. Ezek az eljárások 20, legjobb esetben 10 százalékos hibával dolgoznak – magyarázza Ted von Hippel, az Embry-Riddle fizikus-csillagász professzora –, míg

az általuk kifejlesztett módszer, amely a fehér törpéknek nevezett csillagmaradványokat hozza be a játékba, 5 vagy akár 3 százalékra leszoríthatja a becslési hibát.

Hogy a dolog működjön, a kutatóknak meg kell határozniuk a csillag felszíni hőmérsékletét, atmoszférájának az összetételét – pontosabban, hogy hidrogénből vagy héliumból áll-e –, valamint a tömegét. A felszíni hőmérséklet a csillag színe és atmoszférájának összetétele alapján megállapítható.

A tömeg azért lényeges, mert a nagyobb tömegű testek több energiát raktároznak, így tovább tart, míg kihűlnek

– fejtette ki von Hippel, aki igazgatóként irányítja az Embry-Riddle Fizikai Tudományok Tanszékének obszervatóriumát és 1.0 méteres Ritchey-Chrétien teleszkópját. – Ezért marad egy csésze kávé tovább forró, mint egy kávéskanálnyi. A felszíni hőmérsékletből így kiolvasható, milyen régen hunyt ki a csillag tüze, valahogy úgy, ahogy a tábortűz parazsa árulkodik arról, milyen régen aludt el a tűz. Végezetül az, hogy a felszínen, a csillag légkörében hidrogén vagy hélium található, azért fontos, mert a hélium gyorsabban sugározza ki a csillag hőjét, mint a hidrogén."

A csillagok pontos tömegének megbecslése, különösen, ha nagy számú fehér törpe szerepel a mintában, roppant nehéz feladat. Az Embry-Riddle csillagászai – Von Hippel irányítása mellett Adam Moss, az egyetem friss diplomása, Isabelle Kloc, Jimmy Sargent és Natalie Moticksa hallgatók, valamint instruktoruk, Elliot Robinson – most új módszerrel rukkoltak elő a fehér törpék tömegének mérésére. A számításokhoz az Európai Űrkutatási Ügynökség Gaia nevű műholdja által gyűjtött adatok szolgáltatták a bemenetet.

A Gaia-misszió ambiciózus célja a Tejút háromdimenziós térképének elkészítése, s ehhez a műhold rendkívül pontos méréseket végez az egyes csillagok távolságának meghatározására.

A Gaia űrteleszkóp illusztrációja Forrás: European Space Agency - D. Ducros, 2013

Hogyan történik a mérés?

Ahogy az autó sebességmérőjének mutatója látszólag mást mutat a vezetőnek és az anyósülésen ülő utasnak, úgy az égitestek egymáshoz viszonyított helyzete is kissé változik attól függően, hogy honnan szemléljük őket. A Gaia mérései a csillagászok régóta kihasznált ún. parallaxis jelenségén alapulnak:

a két eltérő nézőpontból vezetett vonalak szögelhajlásából következtetni lehet az égitest távolságára.

Az Embry-Riddle kutatói a távolságadatok és az észlelt fényesség alapján kiszámították a csillagok sugarát, majd a tömeg kikalkulálásához a tömeg és a sugár arányának ismert, az elektronok viselkedése által meghatározott összefüggéseit használták fel.

Végül a csillagászok felmérték a csillagok elemi összetételét – más szóval metallicitását, mely szakszó a fémes elemek mennyiségére utal –, s ennek alapján tovább finomíthatták az életkorra vonatkozó becslésüket. Moss és Kloc az AAS nagygyűlésén két poszteren két különböző megközelítést mutatott be: Moss munkájában olyan csillagpárosokra koncentrált, amelyeket egy fehér törpe és egy, a mi Napunkhoz hasonló fősorozatbeli csillag alkot, míg Kloc a két fehér törpét tartalmazó bináris csillagrendszerekkel foglalkozott.

A munka következő állomása az lesz, hogy a vegyes párosok fősorozatbeli tagjában a periódusos rendszer minél több elemének mennyiségét meghatározzuk

– vázolta fel Von Hippel. – Ha látnánk, miként halmozódtak fel a különböző elemek, ahogy a csillagok egyre-másra keletkeztek a galaxisunkban, még jobban megértenénk a Tejút kémiai evolúcióját." A kutató hangsúlyozta: a mostani tanulmány csak előkészítő jellegű, és a csoport hosszabb távon arra törekszik, hogy a Gaia-adatbázis összes fehér törpéjének életkoradatait nyilvánosságra hozza, ami – ahogy Von Hippel fogalmazott – „számottevően gyarapítaná a Tejútrendszerben zajló csillagkeletkezésről felhalmozott ismereteinket."

A régészetben és az őslénytanban a szénizotópos kormeghatározás volt az, amely lehetővé tette az ősmaradványok, a kőkori lelőhelyek és sok egyéb lelet megfelelő datálását, ezzel elősegítve a földi élet és az ember evolúciójának mélyebb megértését – jegyzi meg a tudós. „Mi, csillagászok ma úgy érezzük, nincs meg a megfelelő kontextusunk anélkül, hogy ismernénk a galaxisunk különböző alkotóinak életkorát.

Eddig is voltak technikáink az égitestek korbecslésére, de ezek nem voltak elég pontosak."