Csillagvizsgáló

Galaxisunk tömege és a hipersebességű csillagok

2017. október 09. - PFreddy

A Tejútrendszer a mi galaxisunk, a csillagsziget, ahol a Napunkon kívül még sok milliárd csillag található az űr végtelen vákuumában… A költői bevezetés, amellyel csak nem minden Tejútrendszerrel foglalkozó ismeretterjesztő tartalom nyit, elkendőzi a választ egy nagyon is gyakori kérdésre: pontosan hány csillag is van a Tejútrendszerben? Vagy, ha kicsivel könnyebb kérdést szeretnénk megfogalmazni a csillagászok felé: mennyi anyag van benne? A válaszul adható számadatok még csillagászati léptékkel is igen nagy bizonytalansággal bírnak. A galaxisunkból elszökni igyekvő, ún. hipersebességű csillagok tanulmányozása azonban minden eddiginél pontosabb eredményeket tett lehetővé.

19824912847-milky_1024.jpgA Tejútrendszer felülnézetből. Művészi elképzelés - ilyen felvételt természetesen nem tudunk készíteni. (Forrás: NASA/JPL)

A szabad szemmel a fényszennyezésmentes éjszakai égbolton látható 2-3000 csillag (attól függ milyen az ember szeme) mind a Tejútrendszerben található, annak is a hozzánk közeli tartományában. A legtávolabbi, távcső nélkül is észlelhető csillagok sincsenek 1300-1500 fényévnél távolabb – ennek oka, hogy az érzékelt fényesség a megfigyelt objektum távolságával négyzetesen csökken. Ez előrevetíti azt, hogy még az óriás teleszkópok segítségével is a nagyjából 100.000 fényév átmérőjű galaxis csillagainak csak töredékét észlelhetjük. Ráadásul az sincs segítségünkre, hogy relatívan közel, effektíve a galaxisBAN vagyunk. A Tejútrendszer ugyanis egy spirálgalaxis, lapos korongjában rengeteg fényelnyelő por- és gázfelhő található. Magyarán: a saját galaxisunk nagyobb részét egyszerűen nem is látjuk.

1280px-eso_the_milky_way_panorama_by.jpgPanorámakép a Tejútrendszerről. Mi mindent rejthetnek el a felhők? (Forrás: ESO)

Kis kitérő: ennek egyébként legékesebb példái a szupernóva robbanások – illetve azok hiánya a Tejútrendszeren belül. Más galaxisokban megfigyelt szupernóva-ráta alapján mifelénk is legalább 30-40 évente kellene látnunk egy felrobbanó csillagot a közelünkben. Mégis, az utolsót 1604-ben észlelték (ez volt a híres Kepler-féle vendég csillag). Teljességgel kizárható, hogy a Tejútrendszerben az utóbbi négyszáz évben ne történt volna szupernóva robbanás – egyszerűen csak pechünk van. A robbanások a galaxis számunkra láthatatlan régióiban történtek.

sn1006_artists_impression-small.jpgPedig nem lenne semmi látvány egy felrobbanó csillag az éjszakai égen (művészi elképzelés). (Forrás: Tunc Tezel)

Tehát a Tejútrendszer világító anyagának jelentős részét sem látjuk; így már érthető a teljes össztömegét nem is annyira egyszerű megsaccolni. Ráadásul, ahogy más galaxisoknál, úgy itt is jelen van a rejtélyes sötét anyag. Nem látjuk (nem világít), nem tudjuk mi fán terem (ötleteink azért vannak), de gravitál, tehát tömege van. Nem is kicsi: a galaxisunk haloján (a gömbszerű térrész a galaxiskorong körül) belül a sötét anyag nagyjából ötször nagyobb mennyiségben van jelen, mint a világító (khm, nagyjából). A gravitáció viszont minden jel szerint a sötét anyag esetében is ugyanúgy működik, így a Tejútrendszer közvetlen közelében lévő objektumok dinamikájának vizsgálata segíthet a galaxis teljes gravitációs potenciálját megmutatni. Ilyenek pl. a haloban található gömbhalmazok (nagyságrendileg százezer ősi csillagból álló csoportosulások), a kísérő törpegalaxisok (pl. a Magellán-felhők) vagy utóbbiak széttépés alatt álló változatai (a Tejútrendszer maga kebelezi be ezeket). A különböző módszerekkel néhány ezer milliárdnyi naptömeg adódik a keresett össztömegre, jelentős szórással.

2fd6428100000578-0-researcher-a-3_1452074517454.jpgA Szélkerék-galaxis épp a szomszédját (jobb oldali folt) cincálja szét. A folyamat természetesen lassú, de a pillanatképből is következtetni lehet a galaxisok tömegére. (Forrás: Schlegel et al.)

Egy másik opció a Tejútrendszer síkjából kifelé tartó nagy, sőt, hipernagy sebességű csillagok (angolul hypervelocity stars, HVSs) vizsgálata. Ezeket valószínűsíthetően a galaxisunk centrumában lévő óriási fekete lyuk dobhatta ki parittyaként, több száz (a rekorder 1500) km/s-os sebességre gyorsítva őket a galaxiskoronghoz képest. A folyamatosan távolodó (a legtávolabbi megfigyelt HVS már 50.000 fényévre jár) csillagokat persze folyamatosan húzza vissza és lassítja a galaxis gravitációs potenciálja, ebből a hatásból pedig kikalkulálható a Tejútrendszer teljes tömege.

3-determiningt.jpgA galaxisból kirepülő hipersebességű csillagok mind a centrum környezetéből indulnak. (Forrás: ESA)

Egy friss tanulmány mind a huszonegy eddig megfigyelt HVS jelenlegi sebességvektorára és pozíciójára alapozva ad új korlátokat a Tejútrendszer tömegére - ez alapján galaxisunk mindenestül 1200 – 1900 milliárd naptömegű. Egyszerű fejszámolással következik, hogy a világító (csillagok, bolygók, por, gáz, „minden”) anyag tömege 240 és 380 milliárd naptömeg közé esik. A belátható Tejútrendszerből és a csillagmodellekből következtetve ez kb. 300.000.000.000 csillagot jelent (plusz-mínusz százmilliárd) kozmikus szomszédságunkban - és jelen ismeretünk szerint nagyobb részük körül kering bolygó is. Bolygók százmilliárdjai…

 

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr3712945775

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.10.10. 14:34:30

Arra nézve mond vagy számol valamit a tanulmány hogy a tejútrendszeren belül milyen az anyag (és a sötét anyag) eloszlása? Vagyis hogy tányér szerű-e, vagy gömbszerű-e?

Apró elírás, de azért szólok, hátha nem mindenkinek egyértelmű. Szerintem az utolsó bekezdésben az "1200-1900 naptömegű" helyett az "1200-1900 milliárd naptömegű" -t szeretett volna írni a szerző.

PFreddy 2017.10.10. 15:41:54

@rdos: Köszönet, javítottam.

Közben megtaláltam és átfutottam a teljes cikket (frissítettem a bejegyzésben lévő linket is). Ha jól tévedek, a módszerük a sötét anyag halo (ami nyilván gömszimmetrikus) tömegének variálásán alapszik és hogy az ebből származó karakterisztikus szökési idők hogyan viszonyulnak a megfigyelt csillagokéhoz. A konklúzióban úgy fogalmaznak, hogy a sötét anyag halo 0,6 - 1,2 10^12 naptömeg, így a teljes Tejútrendszeré (a koronggal kiegészülve, amelyben van világító és sötét anyag is) 1,2 - 1,9 10^12 naptömeg.

"Vagyis hogy tányér szerű-e, vagy gömbszerű-e? "
Ez alapján a kettő között. Az anyag kb. fele a korongban található, míg a két félgömbben (''alatta és felette'') a másik fele.

Tuschinger elvtárs vagyok 2017.10.10. 17:01:09

Én is el szoktam rontani, ezért vettem észre: plusz és nem plussz.

Kurt úrfi teutonordikus vezértroll 2017.10.10. 19:04:06

@rdos: Már hogy lenne gömbszerű? Akkor a forgástengelyen lévőknek be kellene zuhanniuk a központba.

PFreddy 2017.10.10. 19:40:31

@Kurt úrfi teutonordikus vezértroll: Valószínűleg nem arra gondolt, hogy a haloban egyenletesen oszlik el a sötét anyag (az nyilván nem működne), hanem csak a halo alakjára kérdezett rá.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.10.11. 07:09:01

@PFreddy: Köszönöm. És ebből, vagyis hogy a galaxisunk tömegének a fele a tányér, a másik fele pedig a 2 félgömb, a sötét anyag tulajdonságaira vonatkozólag jutottunk előrébb? Másképpen kérdezem. A két félgömbben jobbára sötét anyagnak kell lennie (a galaxis tányérjában is kell lennie a számok alapján), vagyis ez az ismeret a sötét anyag egy új tulajdonsága is egyben? Érteni vélem hogy kérdésem megválaszolását nehezíti a tulajdonságaiban még ennyire sem ismert? sötét energia. :-(

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.10.11. 07:23:06

@Kurt úrfi teutonordikus vezértroll: Igen, jól gondolod. Egyetlen gondom van ezzel a sötét anyaggal. Mióta úgy tudjuk? hogy ilyen sok van belőle, az a félelmem hogy a gravitáció sem úgy működik, mint amit kis léptékben pl. Föld - Hold "kettős bolygó", vagy pl. Eötvös inga esetében megismertünk - kimértünk. De ne legyen igazam.

Kurt úrfi teutonordikus vezértroll 2017.10.22. 09:06:59

@rdos: Jogos elgondolás. Csak elképzelésem sincs hogy működhetne másképp.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.10.24. 12:51:39

@Kurt úrfi teutonordikus vezértroll: Szerintem inkább csak egy kétség. Vagy inkább csak egy kérdés.

Az esetleges másképp működés téma, kb. ua., mint a gyorsulva tágulunk téma. Korábban, míg ki nem mérték az volt az elképzelés hogy lassulva tágulunk, hiszen a gravitáció hat mindenre. Ehhez képest lassan huszadik? éve úgy tudjuk gyorsulva tágulunk (ha jól tudom ez lenne a sötét energia, ami pont ellentétes a gravitációval, nem mellékesen abszolút értelemben nagyobb is nála?).

Röviden. Mérni kell. Minél többet és egyre pontosabban.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.12.17. 17:51:58

Lehet hogy valaki már linkelte, ha igen boccs a duplázásért.

24.hu/tudomany/2017/11/20/hatalmas-mennyisegu-antianyag-eri-a-foldet-es-nem-tudni-miert/

Ugye a cikk címe bombasztikus, mert ha a Föld magnetoszférája által csapdázott pozitronokról van szó, azért az a Föld tömegéhez képest nem hatalmas, hanem a "minyurkánál is kisebb", de érteni vélem a meghökkenést. Honnan is van ez a sok pozitron (antianyag) a magnetoszférában? Csak nem ez is a sötét anyag egy része?

Ha jól tudom az antianyag gravitációs tulajdonságát még nem mértük meg, csak vélelmezzük? hogy azonos az anyagéval?

Na mindegy, a kibicnek semmi sem drága, linkeltem, hátha lényeges. :-)