Április 24-én immáron harminc éve teljesít szolgálatot a Hubble Space Telescope (HST), ennek apropóján pedig érdemes áttekinteni, mit is ért el általa tudomány. A cím (mint a listák esetében oly sokszor) némi kiegészítésre szorul. Egyfelől, a legtöbb nagy felfedezés nem köthető egyetlen felvételhez vagy méréshez, sőt, általában a Hubble-űrtávcső is csak egyike a tudományos áttörést szolgáltató számos mérőeszköznek. Épp ezért igyekeztünk olyan eredményeket összeválogatni, amelyeknél a Hubble szerepe kétségkívül kimagasló. Másfelől, mivel a szakmai eredményeket igen nehéz (és felesleges is) összehasonlítani, így természetesen mind a lista mezőnye, mind pedig annak sorrendje szubjektív - habár, a dobogós pozíciókkal talán nehéz lesz vitatkozni.

Ezekben a napokban minden a Hubble-ről szól. Ha csillagászok tollából származó tartalmakat szeretnél olvasni az emberiség legfontosabb távcsövéről, a Csillagvizsgáló Blog cikkein túl látogass el a Svábhegyi Csillagvizsgáló oldalára (ahol szintén találhattok egy válogatást is a Hubble felfedezéseiből) és a Csillagászat.hu hírportálra is, nyomtatásban pedig keresd Dr. Szabados László vezércikkét a Meteor folyóirat áprilisi számában. Pénteken 14:00-tól Dr. Kiss László előadásában a kanapé kényelméből hallgathatod végig az űrtávcső 30 évének izgalmas fordulópontjait, amely során leleplezésre kerül egy eddig még sehol sem közölt Hubble-felvétel is.

10. Időjárás-jelentés más bolygókról

A Hubble-t elsősorban a távoli, (extra)galaktikus objektumok megfigyelése céljából fejlesztették, ez azonban nem jelentette azt, hogy ne kerülhettek volna lencsevégre naprendszerbeli objektumok is. Sőt, a főtükör hibája miatt az 1993-as első szervizmisszióig szinte csak bolygók és bolygóközi célpontok szerepeltek az űrtávcső repertoárjában. Ettől az időszaktól kezdődően egészen napjainkig a kutatók rendszeres időközönként sort kerítenek az óriásbolygók megfigyelésére is, amelynek célja elsősorban a felső légköri folyamatok nyomonkövetése. Mivel a Jupitertől a Neptunuszig bezárólag ezek a jelenségek hosszabb-rövidebb ideig fennmaradó viharok és stabil áramlatok, így nem túlzás időjárás-jelentésről beszélni, immáron évtizedes távlatban. Hasonlóan a Mars is többször volt már a Hubble célpontja, amikor az űrtávcső szezonális változásokat vagy éppen globális méretű homokviharokat örökített meg.

Vihar a Neptunuszon – a sötét felhő két éven keresztül volt nyomon követhető a Hubble felvételein. (Forrás: NASA, ESA & M.H. Wong & A.I. Hsu (UC Berkeley))

9. Szupernóva elődcsillag

A szupernóváknak csak az egyik (II-es típusú) csoportja keletkezik nagy tömegű csillagok felrobbanásából, míg a másik, gyakran csak Ia néven emlegetett osztályuk olyan fehér törpecsillagokból keletkezik, amelyek átlépnek egy bizonyos határtömeget. Ezt a fehér törpék a társcsillaguktól elszívott plusz tömeg révén érik el; az utóbbi években pedig mind több eredmény mutatott arra, hogy ezek a társcsillagok szintén (kisebb tömegű) fehér törpék. Ám, míg a II-es típusúak szülő objektumai több esetben is azonosíthatóak voltak, az Ia-szupernóvák elődcsillagai (az ún. progenitorok) túl halványak ahhoz, hogy a robbanásukat megelőzően is detektálhassuk őket. Egyetlen esetet kivéve: az SN 2012Z szupernóva egész véletlenül az NGC 1309 spirálgalaxis egy olyan területén robbant fel, amelyet a Hubble-űrtávcső néhány évvel korábban rendkívül részletes felvételekkel pásztázott végig. Az utólagos keresgélést siker koronázta: a későbbi szupernóva pozícióján egy fényes, héliumban gazdag csillagot azonosítottak, amely valószínűleg anyagot adott át a mellette megbújó (a csillag erős fénye mellett láthatatlan) fehér törpének, egészen annak felrobbanásáig. Az SN 2012Z esete megerősítette, hogy legalábbis a termonukleáris szupernóvák egy részénél normál állapotú (ún. fősorozati) csillag szolgál donorként a fehér törpe számára.

AZ NGC 1309 galaxisról készült felvételek a szupernóva-robbanás előtt és után. (Forrás: ESA/Hubble)

8. Shoemaker-Levy 9 üstökös

A Shoemaker házaspár és David Levy által 1993 márciusában felfedezett üstökös már megtalálásakor sem volt hagyományosnak nevezhető, ugyanis nem közvetlenül a Nap, hanem a Jupiter körül keringett. A számítások szerint az óriásbolygó közel harminc évvel korábban foghatta be a néhány kilométer átmérőjű, sziklás-jeges objektumot. Ezt követően az üstökös fokozatosan közelebb sodródott az ún. Roche-határhoz, amelyen túl a bolygó árapály erői már képesek szétcincálni a lazán kötött üstökösmagot. Ez végül 1994 folyamán be is következett, ettől kezdve pedig egy legalább húsz nagyobb darabból álló törmelék-kompánia vonatozott a Jupiter felső légköre felé. Ekkor már a Hubble-űrtávcső is figyelt, az elérhető legnagyobb felbontás mellet örökítve meg a Shoemaker-Levy 9 maradványait, valamint a sorozatos becsapódásaik keltette légköri turbulenciákat a Jupiteren. Ez volt a történelem első és mindezidáig egyetlen megfigyelt ütközése két nagyobb naprendszerbeli objektum között.

A Jupiterről készült felvétel a Shoemaker-Levy 9 üstökös G-jelű maradványának becsapódásakor (legalul), amelyet (felfelé) másfél, három, valamint öt nappal később készült képek követnek. Utóbbi két felvételen a G-maradvány okozta légköri turbulenciához csatlakozott az L-jelű darab becsapódásának nyoma is. (Forrás: NASA/HST Comet Science Team, R. Evans, J. Trauger, H. Hammel)

7. A Pluto holdjai

A Plutonak jelenleg öt holdja ismert, ezek közül az elsőt, a Charont az óriási távolság ellenére már meglepően korán, 1978-ban felfedezték, annak relatíve nagy méretének köszönhetően. A további felfedezésekre azonban egy jó darabig várni kellett. Csak 2005-ben vált ismét fontossá, hogy az elérhető legnagyobb felbontással bíró optikai teleszkóppal, a Hubble-lal is szemügyre vegyék a Pluto rendszerét, ahová nem sokkal kséőbb indult el a NASA New Horizons űrszondája. A(z akkor még) bolygó körül a Hubble kapásból két új holdat is azonosított, amelyek a Niy és a Hydra nevet kapták. Hozzájuk csatlakozott 2011-ben a Kerberos, amikor a Hubble segítségével a Pluto körüli esetleg gyűrűket kerestek a kutatók. Nem sokkal később, 2012-ben a New Horizons-ra potenciálisan veszélyes objektumok után kutatva találták meg a Styx-et, szintén a Hubble felvételein.

A Styx felfedezését jelentő Hubble-fotó, megjelenítve a kitakart Pluto-Charon párost és a holdak keringési pályáit. (Forrás: NASA, ESA, és L. Frattare (STScI))

6. A Fomalhaut b különös története

Az utóbbi évtized intenzív exobolygó-vadászatának köszönhetően immáron több, mint négyezer planétát ismerünk távoli csillagok körül. Saját fényük híján az exobolygókat rendre a csillagukra gyakorolt hatásuk révén, közvetett módon fedezték fel, néhány speciális esetet leszámítva. Ez utóbbiak közé tartozik a mindössze 25 fényévre található Fomalhaut nevű csillag is, amely körül korábban porkorongot fedeztek fel infravörösben végzett mérések alapján. A porkorong alaposabb vizsgálata során a kutatók egy apró fénypöttyöt tudtak azonosítani, amely megfelelt egy porban gázoló és ezáltal az optikai tartományban sugárzó exobolygó modelljének. A Fomalhaut b lett az első közvetlen leképezéssel felfedezett exobolygójelölt, útját pedig több, mint egy évtizeden keresztül rendszeres megfigyelések révén követték...

A Fomalhaut csillag (baloldali kép, kitakarva) környezete, amelyben a Formalhaut b táguló törmelékfelhője lassacskán eloszlott. (Forrás: NASA, ESA, A. Gáspár és G. Rieke (University of Arizona))

... míg nem mostanra teljesen nyoma veszett! Persze ez nem volt teljesen váratlan, a Fomalhaut b ugyanis az utóbbi években fokozatosan halványodott. De miként veszít egy bolygó a fényéből? Nos, minden valószínűség szerint a Fomalhaut b már a 2004-es felfedezésekor sem létezett, mint exobolygó. A megfigyelt objektum viselkedése ráillik egy nem sokkal korábban bekövetkezett (több száz km átmérőjű objektumok közötti) ütközés maradványaira, amelynek por- és törmelékfelhője lassan oszlik szét a Fomalhaut körül.

5. A szupermasszív fekete lyukak felfedezése

A fekete lyukak létezését már több, mint egy évszázada is valószínűsítették, a '60-as években pedig már ezen objektumok extrém nagy tömegű képviselőit sejtették megbújni a galaxisok központi régióiban. Hiába azonban az óriási tömegük, egy fekete lyukat (kibocsátott sugárzás híján) nem egyszerű feladat kimutatni, a galaxisok közepén pedig gyakorta még komplikáltabb a helyzet. A Tejútrendszernél a szinte mindent elrejtő, sűrű gáz- és porfelhők jelentették a szupermasszív fekete lyuk azonosításának akadályát, míg más galaxisok esetében a nagy távolságok miatt nem tudtak sokáig kellő precizitású méréseket végezni. A Hubble rendkívüli felbontása azonban itt is jól jött, az ugyanis nemcsak a képalkotás részletességénél, hanem a színképek felvételénél is kamatoztatható. Így történhetett, hogy az 1993-as szervizmissziót követően a Hubble-űrtávcső egyik legelső célpontja az M87 óriás elliptikus galaxis központi régiója volt. Kizárólag a HST által tudták ugyanis kimérni a csillagok és a gázfelhők rendkívül magas keringési sebességét, amelyet csak egy extrém tömegű monstrum gravitációja okozhat. Pont, amilyen egy szupermasszív fekete lyuk is: az M87 esetében például egy közel hárommilliárd naptömegű monstrum (ami az monstanra 6,5 milliárdra pontosult). Miután több galaxisra ki tudták terjeszteni a Hubble méréseit, az is világossá vált, hogy a szupermasszív fekete lyukak nem csak, hogy minden óriásgalaxis centrumában képviseltetik magukat, de az évmilliárdok folyamán a galaxisaikkal együtt is fejlődtek (vagyis híztak).

A Hubble-űrteleszkóppal 1994-ben fedezték fel az M87 közepén trónoló fekete lyukat, az elmúlt években az Event Horizont Telescope kollaborációnak pedig már a közvetlen környezetét is sikerült megörökíteni. (Forrás: EHT)

4. Hubble (Ultra/eXtreme) Deep Field

A Hubble űrtávcső megfigyelési programjának egyik kiemelt fontosságú projektje (garantált távcsőidőt kapó ún. key project) volt a Hubble Deep Field (HDF): egyetlen kép az űr egy sötét szegletéről, amelyet több ezer felvételből állítottak össze. 1995 decemberében két héten keresztül több részletben összesen hat napnyi (!) expozíciót végeztek az űrtávcsővel az égbolt egy látszólag üres területéről (vagyis hat napon keresztül gyűjtötték a fényt a kép elkészítéséhez). Az eredmény páratlan volt: a HDF-en felbukkanó több ezer fénypötty mindegyike egy-egy galaxis (na jó, pár csillag is kiszúrható a képen). Számos közülük az Univerzum korai szakaszából figyelhető meg, kb. 13 milliárd évvel ezelőtti állapotukban! A projektet többször is megismételték. 1998-ban a déli égbolt egy területéről készült el a HDF South, majd a későbbiekben tovább növelték az expozíciós időt, 2004-ben előbb Ultra- (11 napnyi össz-expozíció), 2012-ben pedig eXtreme Deep Field (23 nap) néven. A képek hasonlósága nyomós érvet jelent a kozmológiai elvek mellett, vagyis, az Univerzum (kellően nagy skálát tekintve) minden irányban hasonló.

Részlet a 2004-ben készült Hubble Ultra-Deep Field képről, rajta több ezer galaxissal (és legalább három előtér-csillaggal). Forrás: NASA/ESA

3. Térkép a sötét anyaghoz

A kozmológiai modellek értelmében az Univerzum egészének 23%-át (ebből kifolyólag pedig az összes anyag 85%-át) teszi ki a rejtélyes sötét anyag. Nem tudni, mi alkotja, nem mutat detektálható sugárzást, azonban gravitációja egyértelműen kimutatható - ráadásul nemcsak a galaxisokban, hanem a köztük lévő, világító anyagtól mentes intergalaktikus térben is. A Hubble-űrtávcső mindezt az óriási galaxishalmazok gravitációja okozta lencsehatás révén volt képes felderíteni, amely eltorzítja a háttérben húzódó galaxis vagy kvazár fényét. A torzítás mértéke a gravitáló tömegtől és annak elhelyezkedésétől függ, ebből pedig levonva (a más módszerekkel is meghatározható) világító anyag tömegét, meghatározható a halmaz sötét anyag tartalma. A számos galaxishalmaz irányában elvégzett megfigyelések alapján a kutatók afféle háromdimenziós térképet voltak képesek összeállítani a sötét anyag eloszlásáról, amelyben a tőlünk mért távolsággal egyszersmind időben is vissza lehetett követni annak mennyiségét és csomósodását.

A Hubble felvétele a Cl 0024+17 katalógusjelű galaxishalmazról (balra), amelyen a távoli galaxisok fénye a lencsehatás okozta erősítés és torzítás hatására világoskék színű ívekként jelenik meg. A mérés alapján számolt gravitációs térképen (jobbra) kékes foltok jelzik a halmazban rejtőző sötét anyag csomósodásait. (Forrás: NASA, ESA, M.J. Jee és H. Ford (Johns Hopkins University))

2. Az Univerzum gyorsuló tágulása

A fentebb is emlegetett Ia-típusú szupernóvák zöme többé-kevésbé ugyanazon körülmények között robban fel, ezért ún. standard(izálható) gyertyaként szokás rájuk hivatkozni: olyan objektumok, amelyek valódi fényessége közel állandó, és az általunk látott fényességüket csak a távolságuk befolyásolja. Ezen csillagrobbanások révén tehát távolságokat mérhetünk, ráadásul fényességük miatt akár óriási, kozmológiai (értsd, milliárd fényéves) skálákon is! Ezt célozta meg a '90-es évek második felében két rivális kutatócsoport, a High-Z Supernova Search Team és Supernova Cosmology Project. A legtávolabbi szupernóvák fényességméréséhez a legjobb teleszkópra volt szükség, és bár kiegészítő méréseket mindkét csapat végzett, az adatok zömét Hubble révén szerezték be.

Öt szupernóva és szülőgalaxisaik a Supernova Cosmology Project által vizsgált objektumok közül. A megfigyelt szupernóvák 3,5 – 10 milliárd évvel ezelőtt robbantak fel. Forrás: NASA, ESA és A. Riess (STScI)

Az egymástól függetlenül dolgozó kutatócsoportok ugyanarra az eredményre jutottak: az Univerzum gyorsuló ütemben tágul! Jelen ismereteink szerint ez pusztán a gravitáció feltételezésével nem lenne lehetséges, így került (újra) bevezetésre a tágulást eredményező hatás, a sötét energia. Az eredmény súlyát ás alátámasztottságát jól mutatja, hogy a kutatócsoport vezetői 2011-ben a fizikai Nobel-díjban részesültek.

"Az Univerzum gyorsuló tágulásának felfedezéséért..." 2011-ben fizikai Nobel-díjat nyert Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt és Adam G. Riess - ez az egyetlen Nobel-díj, amelyhez a Hubble-űrtávcső közvetlenül is hozzájárult.

1. Az Univerzum kora

Egy egyszerű szám: 13,7 milliárd (+/- 400 millió) év. Ehhez a jelenleg széles körben elfogadott korhoz azonban több évtizednyi kutatásra és sok ezernyi megfigyelésre volt szükség. Értelemszerűen, az Univerzum korának meghatározása nem köthető egyetlen Hubble-méréshez, de még önmagában az űrtávcsőhöz sem - az azonban kétségtelen, hogy az összes csillagászati detektor közül a Hubble-űrtávcső érdemei a legnagyobbak.

A kozmikus távolságlétra: "közelre" parallaxis-mérés, 100 millió fényévig cefeidák, kozmológiai skálán pedig az Ia-típusú szupernóvák jelentik a megoldást. A módszerek átfedésnek, így a közelebbi távolságmérésekkel lehet skálázni (és hitelesíteni) a távolabbiakat. (Forrás: NASA, ESA, A. Feild (STScI), and A. Riess (STScI/JHU))

A HST elsődleges célja (kimondva-kimondatlanul) a névadója által bevezetett, későbbiekben pedig róla elnevezett Hubble-paraméter pontosítása volt. Ez az érték mutatja meg, hogy jelenleg milyen ütemben tágul a Világegyetem, vagyis, hogy egy adott távolságban lévő galaxis milyen sebességgel távolodik tőlünk. A '90-es éveket megelőzően a kozmológia tudománya két pártra szakadtak az 50 illetve 100 km/s/Mpc-es értékek mentén (1 Mpc = 3,26 millió fényév), a mérések pedig nem ritkán 50%-nál is nagyobb hibával bírtak (ami még a csillagászatban is soknak számít). Ennek a több, mint két évtizedes vitának a végére tett pontot HST azáltal, hogy segítségével a kutatók akár százmillió fényéves távolságban figyelhettek meg cefeida típusú csillagokat, amelyek fényességváltozása arányos a valódi fényességükkel - vagyis távolságmérésre alkalmasak. A vizsgált csillagokat tartalmazó galaxisok távolodási sebességét már korábban is egyszerű volt kimérni, a két érték hányadosából (sebesség/távolság) pedig adódott a minden addiginál pontosabb (+/- 10%) Hubble-paraméter, amelyre végül 72 km/s/Mpc-et kaptak a kutatók. Ez persze csak egy újabb nagy lépés volt a valóság megismeréséhez vezető úton, azóta ugyanis több független eredmény is 68 és 75 km/s/Mpc között szór, az új projektek célkitűzése pedig az 1%-os pontosság elérése. Az Hubble-paraméter pontosabb ismeretében, figyelembe véve annak múltbéli változását is (lásd fentebb), már egészen precízen kiszámítható, hogy mióta is tágul a tér - vagyis, hogy milyen idős az Univerzum maga.

Az NGC 4603 az egyik legtávolabbi (107 millió fényévre lévő) galaxis, amelyben cefeidákat tudtak vizsgálni a HST révén. (Forrás: NASA/ESA és Jeffrey Newman (Univ. of California at Berkeley))

Ez lenne tehát a TOP10-re szűkített listánk, amelyről olyan úttörő eredmények maradtak le, mint a porfelhők mélyén rejtőző csillagbölcsők felvételei, a rövid gamma-felvillanások optikai utófényének megfigyelése, vízgőz kimutatása egy exobolygó légkörében vagy a galaxisok evolúciójának kutatása. Mindazonáltal egy további eredményt még külön ki kell emelni a Hubble-örökségből:

+1. Látványos felvételek

A Hubble-ről a többségnek nem a kozmológiai paraméterek és a végtelen adatsorok jutnak először eszébe, hanem a látványos színekkel virító tűéles képek. Nem túlzás azt állítani, hogy az űrtávcső harmincéves pályafutása során gyakorlatilag MINDEN jelentős csillagászati objektumról készített már felvételt (egyedül a Nap és a Merkúr maradtak ki csillagunk vakító fénye miatt, de még a Hold felszínéről és készült pár kép), amelyek hatása túlmutat a szakmai eredményeken és a tudományos ismeretterjesztésen. A Hubble-űrteleszkóp pedig ezek által fogja még sokáig lenyűgözni és inspirálni az emberiséget, laikust és szakértőt egyaránt.

A „Misztikus Hegy” fantázianévre hallgató gáz- és por-felhő a Carina-ködben. A felvétel a Hubble-űrtávcső 20. évfordulójának alkalmából készült. (Forrás: NASA, ESA, M. Livio és a Hubble 20th Anniversary Team (STScI))

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.