Csillagvizsgáló

Minden idők legnagyobb csillagkatalógusa

2018. május 06. - PFreddy

Az éjszakai égbolton városi fények mellett általában csak néhány csillagot tudunk megpillantani. Ahol kevésbé zavarnak a mesterséges fények, több százat is észrevehetünk, tökéletes körülmények között pedig elvileg 3-4000 csillagot is látni. Ez a szám azonban eltörpül a Galaxisunkban található kétszázmilliárd csillaghoz képest. Még ha be is kell látnunk, hogy az irdatlan távolságok, valamint a por- és gázfelhők miatt legtöbb hullámhosszon korlátozottak a lehetőségeink, akkor is akár több milliárd csillagról nyerhetünk pontos adatokat. Ez pedig már nem csak elmélet: a Gaia űrszonda több évnyi elképesztően precíz méréseinek köszönhetően minden eddiginél több csillagról vannak pontos információink. Pozíció, távolság, sebesség, fényesség, típus… mindez egyetlen óriási adatbázisban.

9acd39673b78814c9bb85f14f62c5956_xl.jpgAz Európai Űrügynökség (ESA) szondája, a Gaia. (Forrás: ESA)

Megmérni egy asztrofizikai objektum fenti adatait nem is olyan egyszerű. A pozíció mérése jobbára mérnöki kihívás, viszont így csak egy kétdimenziós koordinátarendszerben adhatjuk meg a csillag helyét – márpedig ez önmagában kevés. Akárcsak a csillagok, amiket az égbolton közel látunk egymáshoz (pl. egyazon csillagképben), valójában óriási távolságokra lehetnek egymástól, mivel a harmadik térbeli koordinátájukban (ebben az esetben a megfigyelőtől mért távolságuk) jelentős eltérés lehet.

gaia-astrium.jpgA Gaia űrszonda, itt még összeszerelés alatt. (Forrás: Astrium)

Itt jön képbe a Gaiai egyik nagy fegyverténye, az elképesztően precíz parallaxis-mérés. Ennek lényege egy egyszerű kísérlettel szemléltethető. Tartsuk magunk elé feltartott mutatóujjunkat, célozzuk meg vele egy falon lévő tárgyat, pl. képet. Csukjuk be a jobb szemünket és vizsgáljuk meg hol látjuk az ujjunkat a képhez képest pusztán a bal szemünkkel. Majd váltsunk a jobb szemünkre – ekkor a falon lévő tárgyhoz képet az ujjunk látszólag balra ugrott. Tehát ha a megfigyelő ugyanabból a távolságból, de eltérő irányból szemlél egy objektumot (a mutatóujjunkat) a háttérhez (a falon lévő képhez) képest más pozícióban fogja látni. Ráadásul a két pozíció közti látszólagos eltérésből, illetve a megfigyelési helyek távolságából (ez a bázisvonal, az előbbi példában a szemeink közti távolság) ki lehet számítani a megfigyelt objektum távolságát – ezzel pedig el is jutottunk a harmadik térbeli koordinátához. A Gaia esetében a parallaxis-mérés bázisvonalát az L2 (Lagrange)-pont körüli pályájának két legtávolabbi pontja adja (ami nagyjából 700.000 km), a mérendő objektum nyilvánvalóan a csillag, a ’’háttér’’ pedig maga a koordináta-rendszer.

measuring_stellar_distances_by_parallax_node_full_image_2.jpgA Földről történő parallaxis-mérés vázlata. (Forrás: ESA)

A Gaia misszió 2014 szeptemberében érkezett meg az L2-höz és kezdte meg a méréseket, amelyeket a tervek szerint 2019 végéig fog folytatni (a katalógus csak akkorra válik teljessé, azonban már a mostani adatok nyilvánosságra hozatala is óriási jelentőségű). Ez idő alatt a mérendő objektumok átlagosan hetvenszer kerülnek az űrteleszkóp látómezőjébe – ezzel a cél egyfelől a pontosság növelése (hiszen mérési hiba mindig van, ez több méréssel csökkenthető), másrészt a koordináták időbeli változásának, vagyis a csillagok sajátmozgásának kimérése. Ez a sebességvektor önmagában azonban megint csak két dimenziós, a harmadik, ún. radiális sebességkomponenshez (vagyis, hogy hozzánk képest közeledik vagy távolodik-e az objektum) újabb mérés-típusra van szükség.

esa_gaia_dr2_average_rad_vel_600px.jpgA Tejútrendszer csillagainak radiális sebesség-térképe, amelyen jól kivehető a Galaxis rotációja. A jobb alsó negyedben jól kivehető a Kis- és Nagy Magellán-felhő vörös foltja. (Forrás: SPAC/ESA)

A Gaiai ugyanis spektrumokat (magyar szóval színképeket) is felvesz a csillagokról, amelyek gyakorlatilag a forrás által kibocsájtott fény hullámhossz szerinti eloszlásai. Ezekben fellelhetőek a csillag külső légkörét alkotó gázok által keltett spektrumvonalak, amelyek mintegy vonalkódszerűen az egyes kémiai elemekre jellemzőek. A Gaia esetében azonban nem a kémiai analízis az elsődleges cél, hanem a spektrumvonalak Doppler-effektus által okozott elmozdulása. Ezt középiskolában is tanított jelenséget (emlékezz, a közeledő és távolodó sziréna hangja más frekvenciájú/hullámhosszú) a csillag sajátmozgásából fakadó közeledése vagy távolodása okozza: előbbi esetben a spektrálvonalak a rövidebb-, utóbbi esetben pedig a hosszabb hullámhosszak irányában tolódnak el. Az eltolódás mértékéből pedig közvetlenül kiszámolható a radiális sebesség (hasonló módon keresnek exobolygókat csillagok körül). 

rainbow-doplr.jpgMozgó fényforrások színképeinek Doppler-eltolódása.

A pozíció és a sebesség pedig még nem minden. A Gaiai-t ugyan nem képalkotásra tervezték, viszont képes az egyedi objektumok fényességét (illetve annak időbeli változását) mérni, ráadásul a kék és vörös színtartományban is. A távolságkoordináta ismeretében így kiszámítható a csillagok valódi fényessége (más néven luminozitása), amelyet nem befolyásol az, hogy milyen messze vannak a Földtől (hiszen egy fényforrás látszó fényessége a távolsággal négyzetesen csökken). A spektrumok a luminozitásokkal kiegészülve alkalmasak arra, hogy segítségükkel kiszámíthassuk a csillagok ún. légköri paramétereit (hőmérséklet, fémtartalom, nehézségi gyorsulás); míg a fénygörbékkel együtt a változócsillagok típusa is megállapítható. És akkor még nem is beszéltünk a járulékos felfedezésekről, mint a mérések közben a látómezőbe tévedő naprendszerbeli aszteroidák, illetve a távoli galaxisokban fellelhető kvazárok detektálásáról.

galaxy_gaia.pngBalra a Gaia (pirossal) és az előző generációs asztrometriai űrszonda, a Hipparcos (sárga) által vizsgált csillagok hozzátevőleges pozíciója a Galaxisban. Jobbra a Gaia által kimért csillagok száműrűsége (a legtöbb csillagot tartalmazó régió pirossal jelölve). (Forrás: Robert Hurt (NASA-JPL/Caltech)/X. Luri & the DPAC-CU2)

A Gaia legnagyobb fegyverténye azonban nem az adatok sokszínűségében rejlik, hanem a mérések precizitásában és az elképesztő mennyiségű objektumban. Előbbire jó példa a pozíciómérés 7-20 mikroívmásodperes bizonytalansága – ez a szögméret gyakorlatilag megfelel egy hajszál vastagságának 1000 km-ről vizsgálva!

gaia_oriongaldens_flux_625.jpgA 'Róka' névre hallgató sötét nebula az Orion Molekulafelhőben, ahogy a Gaia látja. Mivel az űrszondát nem képalkotásra tervezték, ezeket a ''felvételeket'' pixelenként kellett összrakni a csillagok pozícióiból (balra), majd hozzátársítani a fényességüket (jobbra). Ahol nem látszik csillag, ott van a felhő. A róka szeme az Orion nyílthalmaz (M42). (Forrás: Gaia DPAC/André Moitinho, Márcia Barros, Carlos Barata)

Ami pedig a nagy számokat illeti: már most 1,7 milliárd (!!!) csillagnak sikerült megmérni a pozícióját és fényességét. Ez az elképesztő szám ugyan kevesebb, mint 1%-a a Tejútrendszer össz-csillagszámának (ne feledjük, a távolságok, valamint a csillagközi por- és gáz-felhők miatt nem is látjuk a Galaxisunk nagy részét), viszont nagyságrenddel több adat, mint amivel eddig rendelkeztünk. Nagyobb hányaduknak, mintegy 1,3 milliárd csillagnak immáron a távolságát is ismerjük, így végre valódi 3D-s térképet alkothatunk a Naprendszer (néhány ezer fényév sugarú) környezetéről.

1024px-how_many_stars_will_there_be_in_the_second_gaia_data_release_esa392158.jpgA Gaia-katalógus állapota a mostani adatdömping után: adatok csak nem 1,7 milliárd csillagról, több tízezer kvazárról és tizennégyezer aszteroidáról. (Forrás: ESA)

Végezetül álljon itt egy csoportkép az 1,7 milliárd csillagról. Az alábbi kép első ránézésre semmiben sem különbözik az űrtávcsövek (vagy az asztrofotósok) több felvételből összeollózott Tejútrendszer-fotóitól – csakhogy a Gaia űrszonda nem tud képet alkotni. Ehelyett az űrtávcső adatait feldolgozó csillagászok a kimért koordináták szerint helyezték el az 1,7 milliárd fénypontot, fényességüknek és színüknek megfelelően, megalkotva ezzel a legnagyobb csillagtérképet. És mindez még csak a kezdet; a teljes katalógusra egészen 2022-ig kell várni.

gaia_s_sky_in_colour_large2.jpgA Gaia által mért csillagok fénye és színe a pozíciójuknak megfelelően: ahogy mi látjuk a Galaxist. (Forrás: Gaia DPAC / A. Moitinho, A. F. Silva, M. Barros, C. Barata (Univ. of Lisbon, Portugal) / H. Savietto (Fork Research))

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló blog Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz látványos felvételeket, friss tudományos eredményeket és egyéb aktualitásokat.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr2313895138

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 2018.05.07. 11:08:55

Tényleg fantasztikus. :-)

Apróság és lehet hogy nincs is igazam, de a 2 csillagászati egység az 2x15o millió km, azaz 3oo millió km, szemben a posztban említett 7oo ooo km-el (a 3. ábra alapján).

Amit pedig végképpen nem értek, hogy eddig is ezt a bázis vonalat tudtuk használni szögmérésre a Föld nevű bolygóról (ua-t a csillagot fél év múlva újra mérve), szóval szerintem ekkor "csak" az a "nyereség" hogy a légkör nem torzít?

PFreddy 2018.05.07. 12:11:26

@rdos: Jó észrevétel, a ''trükk'' ott van, hogy a Gaia az L2-es Lagrange-pont körül kering, a magyarázó ábra pedig a Földről történő mérés esetében mutatja a dolog mikéntjét (sajnos nem találtam jobbat...).
Szóval a Gaia esetében még jóval kisebb is a bázisvonal. Viszont az, hogy megszabadultunk a légkörtől, hogy szinte folyamatosan lehet mérni, illetve a direkt erre fejlesztett technika bőven ellensúlyozzák a bázisvonal méretét.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2018.05.07. 12:25:54

@PFreddy: Így már értem. :-) Köszönöm a választ.

ferko212 2018.05.09. 13:24:07

Ez tényleg nagyon szép és jó! :)

Már csak egy dolog hiányzik. Böngészhető, mindenki által hozzáférhető, 3D-ben történő ábrázolás, mondjuk egy 3D-s játék grafikai motorjával, mondjuk Unreal-motor.
Ez lenne az igazi állat dolog :D

PFreddy 2018.05.09. 17:39:59

@ferko212: Készül. Oké, nem mai videójátékos igényességű grafikával, de azért ez sem lesz piskóta.

zah.uni-heidelberg.de/institutes/ari/gaia/outreach/gaiasky/

korxi 2018.05.25. 13:03:17

@PFreddy: Nagyon hardcore vállalkozás ezt megcsinálni, ha úgy csinálják hogy az egyes csillagok (pöttyök) valóban kb. akkorák és olyan fényesek legyenek, amilyenek és tényleg kb. ott legyenek ahol vannak.
Az első ábrán pirossal jelölt mező valójában egy rohadtul nagy terület (térrész) és rengeteg csillag van benne.

Egyébként vam olyan hullámhossz amivel át tudunk "látni" a Tejútrendszeren, azaz valamilyen információt gyűjteni a túloldaláról? Jó, a galaxismagon és a szupermassz fekete lyukon nyilván nem, de mondjuk az egyes spirálkarokon?