A Sydney-i Egyetem kutatói elsőként térképezték fel galaxisunk „alvilágát”: felfedeztek egy kozmikus temetőt, amely háromszor olyan vastag, mint a Tejútrendszer. Ez a halott csillagok nyughelye.

Így nézne ki kívülről a Tejútrendszer látható tartományban és a galaktikus alvilág. (Forrás: Sydney-i Egyetem)

A „galaktikus alvilág” első térképe – az azóta fekete lyukakká és neutroncsillagokká vált, egykor hatalmas csillagok tetemeit ábrázoló diagram – felfedett egy temetőt, amelynek vastagsága háromszorosa a Tejútrendszerének. Kiderült az is, hogy a benne talált égitestek csaknem egyharmada kilökődött a galaxisunkból.

„A halott csillagok kompakt maradványainak alapvetően más az eloszlásuk és a szerkezetük, mit a galaxis látható részének.” – mondta David Sweeney, a Királyi Csillagászati Társaság havi kiadványában közzétett tanulmány vezető szerzője.

„Ennek a galaktikus alvilágnak a „magassága” háromszor akkora, mint a Tejútrendszeré.” – tette hozzá. „És elképesztő, hogy az égitestek 30 százaléka teljesen kilökődött a galaxisból.”

A neutroncsillagok és a fekete lyukak akkor jönnek létre, amikor a Napnál legalább nyolcszor nagyobb tömegű csillagok kifogynak a tüzelőanyagból, és összeomlanak. Ez egy láncreakciót vált ki, amelynek során a csillag külső részei egy gigantikus szupernóva-robbanásban szétszakadnak, miközben a mag folyamatosan magába roskad egészen addig, míg – a kiindulási tömegtől függően – neutroncsillag vagy fekete lyuk nem lesz belőle.

A neutroncsillagok magja igen sűrű, így az elektronok és a protonok arra kényszerülnek, hogy szubatomi szinten neutronokká egyesüljenek, és az égitest teljes tömege egy városnyi gömbbe zsúfolódjon. Ha az eredeti csillag tömege nagyobb 25 naptömegnél, akkor az összeomlás egészen addig folytatódik, amíg a mag olyan sűrű nem lesz, hogy még a fény sem jut ki belőle. A csillagösszeomlás mindkét verziójában erősen meghajlik a tér, torzul az idő és a csillagot körülvevő anyag.

Bár a galaxis történetében több milliárd csillagtetem is kialakulhatott, ezeket az ősi égitesteket az őket létrehozó szupernóva-robbanások ereje a csillagközi tér sötétjébe taszította, így – egészen mostanáig – kikerültek a csillagászok látóköréből. A kutatók az ősi, halott csillagok teljes életciklusát visszakövetve megalkották az első részletes térképet a csillagmaradványok elhelyezkedéséről.

A Tejútrendszer látható tartományban (fent), valamint a „galaktikus alvilág” (lent). (Forrás: Sydney-i Egyetem)

„Ezeknek az ősi égitesteknek a felkutatása részben azért volt nehéz, mert – legalábbis mostanáig – nem tudtuk, hol keressük őket.” – mondta a szakcikk társszerzője, Peter Tuthill (Sydney Institute for Astronomy). „A legidősebb neutroncsillagok és fekete lyukak akkor jöttek létre, amikor a galaxis fiatalabb és más formájú volt, majd évmilliárdok alatt bonyolult változásokon esett át. Komoly feladat volt mindezt modellezni, és megtalálni őket.”

Az újonnan kialakuló neutroncsillagok és fekete lyukak a galaxis mai állapota szerint oszlanak el, így pontosan lehet tudni, hol érdemes keresni őket. A legidősebb neutroncsillagok és fekete lyukak azonban mintha szellemek volnának egy lerombolt házban, nagyon nehéz megtalálni őket.

„Mintha a misztikus elefánttemetőt akartuk volna megtalálni.” – mondta Tuthill, arra a helyre utalva, ahova a legenda szerint az idős elefántok elvonulnak haláluk előtt. „Ezeknek a ritka, nagy tömegű csillagoknak a maradványai valahol ott kellett, hogy legyenek, de eddig rejtve maradtak.”

Mint Sweeny hozzátette: „Az volt a legnagyobb probléma az eloszlásuk feltérképezése során, hogy számításba vegyem azokat a „lökéseket”, amiket a születésük erőszakos pillanataiban kaptak. A szupernóva-robbanások aszimmetrikus események, ahol a maradványok nagyon gyorsan, akár több millió kilométeres óránkénti sebességgel lőnek ki, és ami még rosszabb, hogy ez minden égitestnél véletlenszerű irányba történik.”

A Világegyetemben azonban semmi sem állandó, így még a lökések valószínű nagyságának ismerete sem volt elég: a kutatóknak bele kellett ásniuk magukat a kozmikus idő mélységeibe, hogy rekonstruálják, hogyan viselkedtek az égitestek az évmilliárdok során.

„Kicsit olyan ez, mint a snooker.” – mondta Sweeney. „Ha tudod, milyen irányból és milyen erősen érte a golyót az ütés, akkor kiszámíthatod, hova érkezik. A világűrben azonban jóval nagyobb égitestekkel és sebességekkel van dolgunk, ráadásul az asztal sem sima, így a csillagmaradványok egészen bonyolult pályákat írhatnak le a galaxisban. És a snookerasztallal ellentétben itt súrlódás sincs, így soha nem lassulnak le. Szinte az összes valaha létrejött maradvány még mindig odakint úszkál szellemként, a csillagközi térben.”

A kutatócsoport által létrehozott bonyolult modellek megadták, hol születtek a csillagok, hol érte őket a lángoló vég, és a galaxis fejlődése során mikor szóródtak szét. A számítások eredményeképpen jött létre a Tejútrendszer csillagtemetőjének eloszlási térképe.

„Kisebb fajta megrázkódtatást okozott.” – mondta Sanjib Sharma (University of Sydney). „Minden nap a ma ismert galaxis látható tartományban készült képeivel dolgozom, és arra számítottam, hogy a galaktikus alvilág némileg eltér majd tőle, de alapvetően hasonló lesz. Nem hittem, hogy ilyen radikálisan eltér majd a formájuk.”

A Tejútrendszer (fent) és a „galaktikus alvilág” (lent) pontfelhő-diagramja. (Forrás: Sydney University)

Az új térképeken (lásd fent) a Tejútrendszer jellegzetes spirálkarjai a „galaktikus alvilágból” teljesen hiányoznak. Ezt a csillagmaradványok kora, valamint az őket létrehozó szupernóvák nagy energiájú, változó irányú lökéseinek hatásai okozták. De talán még meglepőbb a két oldalnézet: a „galaktikus alvilág” sokkal jobban „fel van puffadva”, mint a Tejútrendszer. Ennek oka a szupernóvák kinetikus energiája, amely a látható Tejútrendszert körülvevő halóba lökte a maradványokat.

„A felfedezésünk talán legnagyobb meglepetése az, hogy a lökések olyannyira erősek lehetnek, hogy a Tejútrendszer akár teljesen el is veszítheti a maradványok egy részét.” – mondta Ryosuke Hirai, a kutatócsoport tagja. „Olyan erősek voltak, hogy a neutroncsillagok nagyjából 30 százaléka kirepült az intergalaktikus térbe, és sosem tért vissza.”

„Számomra az a legizgalmasabb – tette hozzá Tuthill –, hogy még a Nap csillagkörnyezetén is áthaladhatnak ilyen szellemszerű látogatók. A hozzánk legközelebbi maradvány a statisztika szerint csupán 65 fényévre lehet: galaktikus értelemben szinte a kertünkben.”

Sweeney szerint: „A kutatás legizgalmasabb része még előttünk áll. Most, hogy már tudjuk, hol kell kutakodnunk, kifejleszthetünk olyan technológiákat, amelyekkel megtalálhatjuk őket. Lefogadom, hogy a „galaktikus alvilágot” nem fogja már sokáig rejtély övezni.”

Forrás: The University of Sydney