Csillagvizsgáló

Kozmikus távolságlétra - 4. rész

Galaxisunk csillaghalmazainak távolsága

2020. december 16. - TheAstronomian

A sorozatunk első fejezetében tisztázott alapfogalmak segítségével a második részben majdnem mindent "megmértünk", amit geometriai távolságméréssel lehet; a harmadik felvonásban pedig a távolabb elhelyezkedő egyedi csillagokat is sikerült a fényük segítségével elhelyeznünk a térben. A most következő írásban a Tejútrendszer kiterjedt – azaz nem pontszerűnek látszó – égitestjeinek távolságát igyekszünk megbecsülni. Ilyen objektumok a csillaghalmazok (egymásra kisebb-nagyobb gravitációs hatással lévő csillagok csoportosulása) és a csillagködök (gázból és porból álló anyagfelhők).

m45.jpg

A képen a Földhöz legközelebb eső csillaghalmaz, a Fiastyúk - vagy idegen nevén Plejádok - látható a maga mintegy 440 fényéves távolságában. Derült téli estéken akár szabad szemmel is könnyedén megpillantható a csillagegyüttes hét legfényesebb csillaga.
(Fotó: Marco Lorenzi; Forrás: Astronomy Picture of the Day)

A csillaghalmazok két jól elkülöníthető csoportba sorolhatóak, legfőképp koruk, illetve megjelenésük alapján: ezek a nyílt- és gömbhalmazok. Előbbiek olyan gravitációsan lazán kötött csoportosulások, amelyeket főként együtt – egy csillagködből keletkezett fiatal csillagok alkotnak. Jellemzően néhány tucat és néhány ezer közötti halmaztagról beszélhetünk ezeknél az objektumoknál, amelyek mérete legfeljebb néhány tíz fényévre terjed ki. A gömbhalmazok ezzel szemben Galaxisunk legöregebb ismert képződményei, koruk akár a 10 milliárd évet is meghaladhatja. A legalább több ezer, de esetenként akár több százezer csillagot számláló csoportosulások mérete a néhány tíz, néhány száz fényéves nagyságrendben mozog, ami egyben azt is sugallja, hogy sokkal sűrűbb régióról beszélünk itt, mint egy nyílthalmaznál. Nem csoda, hiszen sokkal több ideje volt a gravitációnak összerendezni a csillagokat, ami miatt egyrészt gravitációsan sokkal jobban kötött halmazról beszélhetünk, másrészt a gravitáció gömbszimmetrikus mivolta eredményezi ezen csillagok gömbszerű elrendeződését, ahogy azt nevük is jelzi.

clustertypes.jpg

A bal oldalon a Perzeusz csillagkép híres Kettős nyílt halmazának laza csoportosulását láthatjuk nagyjából 7000 fényéves távolságból, míg a jobb oldalon a nyári égbolt nevezetessége a Herkules csillagkép nagy gömbhalmaza 25000 fényév távolságban. Utóbbi rendezett alakja kifejezetten szembetűnő, innen is ered az objektumtípus neve. (Fotók: Greg Polanski, Eric Coles & Mel Helm; Forrás: Astronomy Picture of the Day)

 

Mindkét típus esetében használható az úgynevezett izokrón illesztés módszere, amihez nem árt megismernünk a csillagászat egyik leghasznosabb grafikonját, a Hertzsprung–Russell-diagramot (röviden HRD-t). A HRD-n a csillagok fényességét (vagy fényteljesítményét – idegen szóval luminozitását) ábrázoljuk a hőmérsékletük (vagy az ezzel egyenértékű színük) függvényében. Az alábbi HRD-n minden pont egy csillagot jelképez (annak fent említett két fizikai tulajdonságát), amiből rögtön szemet szúrhat, hogy a csillagok nem rendelkezhetnek akármilyen hőmérséklet-fényesség paraméterpárral. Ezen a grafikonon főleg a csillagok fejlődését, életútját követhetjük nyomon. Egy csillag élete során a HRD-n bejárt útját elsősorban a tömege (bizonyos esetekben pedig a környezete) határozza meg. Ebből kifolyólag az azonos korú csillagok a grafikon különböző helyein jelennek meg, kezdeti tömegüktől függően. Az ezekből kirajzolódó folytonos vonalakat hívjuk izokrónoknak (izo – azonos, krón – kor), amelyek egy adott korú csillagpopulációra jellemzőek, és amelyeket modellszámításokból ismerhetünk.

i08-01-hrdiagram1.jpg

A grafikonon balról jobbra a hőmérsékletet láthatjuk csökkenő trendben (itt érdemes észrevenni, hogy a forró csillagok kéken izzanak, a hűvösebbek pedig vörösen), függőlegesen lentről felfelé pedig az egyre nagyobb fényességű (vagy fényteljesítményű) csillagok helyezkednek el. A csillagok életük legnagyobb részét az úgynevezett fősorozaton töltik (Main Sequence Stars), ami persze a különböző tömegű csillagok esetében különböző abszolút értéket jelent. Napunk is a fősorozat derekán helyezkedik el (Sun). A csillagok fejlődésének (anyaguk fúziós energiatermelés során történő átalakulásának) köszönhetően térnek le életük utolsó szakaszában a fősorozaton kívül vidékekre, mint az (szuper)óriáscsillagok ( (Super)giants), később pedig a fehér törpék (White dwarfs) - vagy akár neutroncsillagok/fekete lyukak (az ábrán ezek nincsenek jelezve, mert lelógnak róla) - alsó területeire. (Forrás: universe-review.ca)

 

Adódik a kérdés... Egy csillag életkora gyakorta sok milliárd év. Honnan ismerhetjük a csillagok életútját, ha az egész emberiség története ennek csak egy töredéke óta tart?


A kérdés teljesen jogos. Hogy megértsük, képzeljünk el egy faiskolát! Egy bizonyos fatípus egész életútját láthatjuk az egymás mellett álló különböző korú fák sorozatán, anélkül, hogy a fával együtt le kellene élnünk az életünk. Ugyanígy a csillagok fejlődését is milliárd csillag megfigyeléséből lehet kikövetkeztetni a fizika törvényeinek alkalmazásával.

isochrones_of_several_ages.png

Habár a grafikonon ugyanazon mennyiségek vannak egymás függvényében ábrázolva, amíg az előző ábrán mindenféle korú és tömegű csillagot ábrázoltunk, ezen a különböző színű vonalak csak az azonos korú (de különböző tömegű) csillagok által kirajzolt görbéket láthatjuk. A kék, sárga, zöld, vörös és lila vonalak mentén rendre az 5, 20, 100 millió, 1 és 10 milliárd éves csillagok állapotának pillanatképe látható. (Forrás: Wikipédia)

 

Szerencsénkre a csillaghalmazok tagjai jó közelítéssel egyszerre keletkeztek, tehát a korukra jellemző alakzatban fognak elrendeződni a HRD-n. Erre a modellgörbék közül a legjobbat illesztve, az illesztés során alkalmazott függőleges eltolás segítségével lehet meghatározni, hogy a modell abszolút fényességeihez képest mennyivel volt halványabb a halmaz tagjainak mért fényessége; míg a vízszintes eltolásból azt lehet megbecsülni, hogy a csillag fénye mennyit vörösödött a csillagközi anyag fényelnyelése miatt. Ezekből pedig az előző fejezet módszerét alkalmazva kiszámolható a halmazok távolsága. A nyílthalmazok esetében néhány ezer fényéves viszonylatban tudunk jó becsléseket tenni a távolságokra. A gömbhalmazok esetében akár a szomszédos galaxisokban is találhatunk olyanokat, amelyek egyedi csillagait még fel tudjuk bontani a legjobb műszerekkel, így utóbbiak helyét néhány százezer vagy akár egy-két millió fényéves távolságban is be tudjuk határolni. Emellett a gömbhalmazokban különböző típusú változócsillagok is szép számmal akadnak, amelyeket az előző fejezetben ismertetett módon használhatunk fel távolságmérésre, ami egyben a halmaz távolságát is megadja.

opo1518a.jpg

A Hubble űrtávcső 2015-ös Androméda-ködről készült mozaik felvételébe belenagyítva számos apró csillaghalmazt fedezhetünk fel - csillagász legyen a talpán, aki ebből az egyes csillagok fényességét pontosan meg tudja mérni, de persze nem lehetetlen. (Forrás: spacetelescope.org)

 

Ez egyben egy nagyon jó példa a kozmikus távolságlétra felépítésére is, mivel az eljárások tesztelésére különböző független módszereket alkalmazunk, amelyekkel ugyanazon objektumtávolságot szeretnénk meghatározni. Habár egyedi csillagokat legfeljebb csak a közeli galaxisokban tudunk megfigyelni, gömbhalmazokat akár a távolabbi galaxisokban is. Jóllehet ezek a távoli gömbhalmazok már nem felbonthatóak csillagaikra, ám összfényességükből így is lehet következtetni a szülőgalaxisuk távolságára. Erről és számos más extragalaktikus mérési módszerről a következő részben olvashatnak majd az érdeklődők.

 

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.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr6016339392

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.

]{udarauszkasz 2020.12.17. 19:41:50

Egy kerdes: Letezhetnek-e a Naphoz hasonlo, vagy esetleg annal kisebb tomegu, viszonylag hosszu eletu kek, forro felszinu csillagok?

PFreddy 2020.12.17. 22:11:11

@]{udarauszkasz: Napnál kisebb (sugarú és tömegű) vörös törpecsillagok alkotják a csillagpopuláció döntő többségét, ám ezek viszonylag alacsony felszíni hőmérsékletűek (tehát vörösek).

Csillagfejlődési végállapotként azonban lehetséges minden általad írt kritérium: a fehér törpék nagyjából akkorák, mint a Föld bolygó, felszíni hőmérsékletük tipikusan több tízezer fok. Ha úgy vesszük, elég hosszú életűek, hiszen önmagukban már nem fognak változni (a belsejükben nem zajlik fúzió), csak szépen lassan kihűlnek, úgy néhány tízmilliárd év alatt.
süti beállítások módosítása