Ma tette közzé az Európai Űrügynökség Gaia missziója a saját galaxisunk adatait rejtő új kincsesládáját. A csillagászok, köztük magyar kutatók is lenyűgöző felfedezéseket mutatnak be a Tejútrendszer mindeddig legrészletesebb felmérésének köszönhetően, fura csillagrezgésektől, a csillagok „DNS-én” és a legfiatalabb, még most születő csillagokon át egészen a Naprendszer kisbolygóiig.

A Gaia az ESA küldetése, amelynek célja, hogy a Tejútrendszer legpontosabb és legteljesebb többdimenziós térképet készítse el. Ez lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy rekonstruálják a galaxisunk szerkezetét, illetve fejlődését az elmúlt évmilliárdok alatt, valamint, hogy jobban megértsék a csillagok életciklusát és a mi helyünket is a Világegyetemben.

Négy új égbolttérkép a Gaia missziótól. Felül balra: 30 millió csillag radiális sebessége a galaxisban. Alul balra: a csillagok 3D sebessége, a sajátmozgások domináns irányultságait sávok jelzi. Felül jobbra: a csillagközi por mennyisége a Tejútban. Alul jobbra: a csillagok fémessége: a galaxis síkjában nehéz elemekben dúsabb csillagok találhatók (kék), a központi dudorban és a korong külső szélén pedig ősibb, kevésbé feldúsultak (kék). A galaxis síkja felett és alatt keverednek a halo távoli, fémszegény csillagai a hozzánk közeli fémgazdagabbakkal. (Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO)

Mi az újdonság a 3. adatközlésben?

A Gaia 3. adatközlése (Data Release 3) a galaxis közel kétmilliárd csillagról tartalmaz új, illetve pontosabb információkat. A katalógus olyan új adatokat tartalmaz, mint a kémiai összetétel, a csillagok hőmérséklete, színe, tömege, kora és a csillagok radiális sebessége, vagyis felénk vagy tőlünk távolodó mozgásának sebessége. Ezen információk nagy részét az újonnan közzétett spektroszkópiai adatok fedték fel. Ez egy olyan technika, amely során a csillagok fényét egy szivárványhoz hasonlóan az alkotó színeire bontják.

Az adatok emellett különleges csillagok alcsoportjait is tartalmazzák, például azokat, amelyek fényessége időben változik: ezeket változócsillagoknak hívjuk.

Csillagrezgések

A Gaia új adatainak egyik legmeglepőbb felfedezése, hogy ugyan az obszervatórium eredetileg nem erre készült, mégis képes észlelni a csillagrengéseket, a csillagok felszínén végbemenő apró mozgásokat, amelyek megváltoztatják a csillagok alakját.

Korábban a Gaia már talált olyan sugárirányú rezgéseket, amelyek alatt a csillagok periodikusan tágultak és zsugorodnak, miközben megtartják gömb alakjukat. A Gaia azonban most más rezgéseket is kiszúrt, amelyek inkább a nagyméretű csillagcunamikhoz hasonlítanak. Ezek a nemradiális rezgések enyhén megváltoztatják a csillag alakját, ezért nehezebb őket észrevenni.

“A csillagrengések sok mindent elárulnak nekünk a csillagokról, különösen a belső működésükről. A Gaia aranybánya lesz a nagytömegű csillagok csillagszeizmológiája szempontjából” – mondta el Conny Aerts, a belgiumi Leuveni Egyetem professzora, a Gaia tudományos kollaborációjának tagja, akit a közelmúltban tüntettek ki a Kavli-díjjal a témában végzett úttörő munkájáért.

A nemradiális rezgési módok hatására a csillag felszíne forgás közben elmozdul, ahogy az animáción látható. A sötét foltok kissé hűvösebbek, mint a világos foltok, ami a csillag fényességének periodikus változásait eredményezi. A forgó és pulzáló csillagok frekvenciája 8,6-szorosára lett növelve, hogy az emberek számára hallható tartományba tolódjanak. Az első két sor különböző rezgési módusok felszíni mintázatait mutatja be, a harmadik ezek együttes hatását három különböző méretű csillag esetében. (Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO)

A csillagok „DNS-e”

Az, hogy miből állnak a csillagok, sokat elárulhat születési helyükről és az azt követő útjukról, és így a Tejútrendszer történetéről is. Ezzel az adatközléssel a Gaia a galaxis legnagyobb kémiai térképét tárja elénk, a Napunk szomszédságától a minket körülvevő kisebb galaxisokig, összekapcsolva a csillagok háromdimenziós mozgásával.

Egyes csillagokban ugyanis több “anyag” van, mint másokban. Az Ősrobbanás során csak könnyű elemek (hidrogén és hélium) keletkeztek, az összes többi nehezebb elem – amit a csillagászok egyöntetűen fémeknek neveznek – a csillagok belsejében született meg. Amikor a csillagok elpusztulnak, ezeket a fémeket kiszórják a csillagok közötti gázba és porba, az úgynevezett csillagközi anyagba, amelyből aztán új csillagok keletkeznek. A folyamatosan zajló csillagkeletkezés és -pusztulás így fémekben gazdagabb környezetet eredményez. Ezért egy csillag kémiai összetétele egy kicsit olyan, mint a DNS-e, és döntő fontosságú információkat adhat nekünk az eredetéről.

A Gaia segítségével láthatjuk, hogy a Tejútendszerben egyes csillagok ősi, az Univerzum születésekor keletkezett anyagból állnak, míg mások, mint például a mi Napunk is, már a csillagok korábbi generációi által feldúsított anyagból álltak össze. A galaxisunk középpontjához és korongjához közelebbi csillagok gazdagabbak fémekben a távolabbi csillagoknál. A Gaia a kémiai összetételük alapján olyan csillagokat is azonosítani tudott, amelyek eredetileg másik galaxisokból származnak.

A Tejútrendszer kémiai térképe. Felül a teljes fémesség szerint, ahol a piros a Naphoz hasonló, a zöld és kék a nehéz elemekben szegényebb csillagokat mutatja. Az öregebb, fémszegényebb csillagok a galaktikus dudorban és a korong szélén vannak. Az alsó ábrán, az alfa-részecskékből felépíthető alfa-elemek (szén, oxigén, neon, magnézium, stb), gyakorisága látszik. Ezeket a több elemnél gyorsabban szórták szét II. típusú szupernóvák, ezért a haló öreg csillagaiba relatíve több került belőlük, mint a Tejút korongjában lévő fiatalabbakba. A köríves szerkezet a Gaia adatgyűjtési mintázata miatt van jelen. (Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO)

“Galaxisunk a csillagok gyönyörű olvasztótégelye” – mondta el Alejandra Recio-Blanco, a franciaországi Côte d’Azur-i Obszervatórium munkatársa, a Gaia tudományos kollaboráció tagja. “Ez a sokféleség rendkívül fontos, mert elárulja nekünk galaxisunk kialakulásának történetét. Feltárja a csillagok galaxison belüli vándorlásának és más galaxisokból való befogódásának folyamatait. Azt is világosan megmutatja, hogy a Napunk és mi is egy folyamatosan változó rendszerhez tartozunk, amely a különböző eredetű csillagok és gázok összeállásának köszönhetően jött létre.”

Kisbolygók, kvazárok és születőben lévő csillagok

A most közzétett további szakcikkek jól tükrözik, milyen mély és széleskörű a Gaia űrtávcső felfedezéseinek köre. Az új kettőscsillag-katalógus több mint 800 ezer kettős csillagrendszer tömegét és fejlődését mutatja be, míg a 156 ezer kis égitestet tartalmazó új kisbolygó-felmérés a Naprendszerünk eredetének felderítéséhez járul hozzá. A Gaia emellett 10 millió változócsillagról, a csillagok közötti titokzatos makromolekulákról, valamint a saját kozmikus szomszédságunkon túli galaxisokról és kvazárokról is új információkat tár fel.

A Naprendszer kis égitestjei, típusok és családok szerint. (Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO)

A változócsillagok keresése és azonosítása különösen fontos terület a Gaia tudományos konzorciumában dolgozó magyar kutatók számára. A 3. adatközlésben a fiatal csillagok azonosítását Marton Gábor, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Csillagászati Intézetének munkatársa vezette.

A Gaia a fiatal csillagokat abban az állapotukban látja, amikor már bolygóképző korong van körülöttük, sőt, ebben a korongban már bolygócsírák is megjelentek. „Amellett, hogy ezek a nagyon fiatal bolygók kitakarhatják a szülőcsillaguk fényét, amit a Gaia észre is vesz, egyéb módon is kölcsönhatnak, amelyek szintén az űrtávcső számára észlelhető változásokat okoznak a rendszerek fényességében. Mivel a Gaia hosszú ideig, rendszeres időközönként “ránéz” ezekre a fényforrásokra, így kiválóan alkalmas arra is, hogy akár ritka, de drasztikus eseményeket is észrevegyen” – mondta el Marton Gábor.

A Marton Gábor és társai által azonosított fiatal csillagok a Gaia portérképhez képest. (Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO / Marton Gábor)

A fényességváltozások részletesebb elemzése pedig felfedheti, hogy hogyan alakulnak ki a csillagok körül a különböző távoli naprendszerek, hogyan fejlődnek a bolygópályák, kémiailag hogyan alakulnak át a csillagközi porszemcsék olyan összetett anyagokká, amik az üstökösöket, kisbolygókat és bolygókat alkotják.

“Más, konkrét objektumokat megcélzó programokkal ellentétben a Gaia egy felmérő misszió. Ez azt jelenti, hogy miközben a Gaia többször is megmér szerte az égbolton több milliárd csillagot, egyértelműen képessé válik olyan felfedezésekre is, amelyekről más, célzottabb küldetések lemaradnának. Ez az egyik nagy erőssége, és már alig várjuk, hogy a csillagászok közössége elmerüljön az új adatokban, és még többet tudjon meg galaxisunkról és környezetéről, mint azt eddig gondoltuk volna” – összegezte Timo Prusti, az ESA Gaia missziójának vezető kutatója.

A Gaia tudományos konzorciumában dolgozó kutatók egy kis részének csoportképe. (Credit: ESA/Gaia/DPAC)

A Gaia DR3 elkészítésében a CSFK kutatói közül részt vettek: Ábrahám Péter, Kóspál Ágnes, Kun Mária, Marton Gábor, Molnár László, Nagy Zsófia, Plachy Emese, Szabados László, Szegedi-Elek Elza.

Az új Gaia-adatok 2022. június 13-án 12:00 órától (közép-európai idő szerint) a következő címen érhetők el: https://gea.esac.esa.int/archive/

Az adatokat és azok validálását bemutató szakcikk-sorozat az Astronomy & Astrophysics tudományos szakfolyóirat különkiadásában fog megjelenni: https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr3-papers

Az adatközlést és a megjelent adatokat a médiakitben elérhető infografikák összegzik, amely magyarul is letölthető ezen a linken.