Évmilliárdokkal régebbi a csillagközi vas

Egy nemzetközi kutatócsoport most bemutatott eredményei szerint a galaxishalmazokat alkotó galaxisok közötti térséget kitöltő ritka anyagban azonos a vas előfordulási gyakorisága, függetlenül a galaxishalmaz össztömegétől. A kutatók ebből arra következtetnek, hogy a galaxisok közti térség anyaga már azelőtt feldúsult a nehezebb elemekben, mielőtt maguk a galaxishalmazok kialakultak nagyjából tízmilliárd éve. A hamarosan megjelenő cikk szerzői között egy magyar kutató is szerepel: Werner Norbert, az MTA-ELTE Lendület Forró Univerzum Kutatócsoport vezetője.

A galaxisok közti térben található anyag összmennyisége egy-egy galaxishalmazban a Nap tömegének billiószorosát (azaz milliószor millió naptömeget) is elérheti. Ennek az intergalaktikus anyagnak a sűrűsége azonban hihetetlenül kicsiny, hiszen galaxisok közötti térség hatalmas.

A galaxishalmaz nagy össztömege nem engedi, hogy a benne levő anyag elszökhessen a rendszerből az idők folyamán. Ezért egy galaxishalmaz vizsgálatából meg lehet állapítani, miként változott benne a csillagkeletkezés folyamata az időben, sok halmaz tanulmányozásából pedig a kozmikus atommag-keletkezés és az univerzum kémiai fejlődésének történetére is következtetni lehet.

Azonban a galaxisok közti anyag vizsgálata, de még a kimutatása sem egyszerű. Ez a rendkívül kis sűrűségű gáz – pontosabban plazma – igen magas hőmérsékletű, a benne található sokszorosan ionizált elemek atomjai pedig a röntgentartományban sugároznak, ezért a Földön kívül működő csillagászati röntgenszondák műszereivel lehet egyáltalán tanulmányozni a ritka közeget.

Az ELTE Fizikai Intézetében működő Lendület Forró Univerzum Kutatócsoport Werner Norbert vezetésével nagy felbontású röntgenspektrumokat és egyéb megfigyelési adatokat használ a galaxisok közötti teret kitöltő anyag tulajdonságainak vizsgálatára. Ezek megismerése kulcsszerepet játszik annak megértésében, hogyan válhatott a világegyetem olyanná, amilyennek ma észleljük.

A kutatócsoport korábban a japán Suzaku röntgenszonda egyik kulcsprojektje keretében vizsgálta a Perseus-halmaz galaxisok közti anyagát. A halmaz központjától kifelé nyolc irányban végeztek méréseket a szondán elhelyezett röntgenspektrométerrel. A műszer több mint egymillió másodpercig gyűjtötte a galaxishalmaz felől érkező röntgensugárzást. Az eredmény meglepő volt: a központi rész kivételével (ahol a vas ionjainak előfordulási gyakorisága viszonylag nagy volt) a vas ionjainak egyenletes eloszlása tapasztalható sugárirányban kifelé haladva, de körbehaladva a halmaz középpontjából húzott sugarak mentén is.

Az eredmény azt a meglepő tényt sugallja, hogy a vasatomokban való feldúsulás nagyon régen következett be, akkor, amikor maga a galaxishalmaz még ki sem alakult, csak egyedi csillagok voltak jelen igen nagy számban, és az azok életútja végén bekövetkezett szupernóvarobbanások szennyezték be a tartományt vassal. A Perseus-galaxishalmaz nagyjából 10 milliárd éves, tehát a benne levő intergalaktikus anyag viselkedése tízmilliárd évnél régebbi állapotról nyújt hasznos és érdekes információkat.

A most bemutatott kutatásban egy nemzetközi kutatócsoport arra kereste a választ, hogy a jelenség mennyire tekinthető általánosnak. Ehhez a Suzaku szonda méréseinek archívumából tíz másik galaxishalmazra vonatkozó adatokat gyűjtöttek ki.

A munka végeredményeként az derült ki, hogy a Perseus-galaxishalmaz területére kapott homogén vaseloszlás nem egyedi kivétel, hanem ez az általános viselkedés a galaxishalmazok esetében. A vasban (és más fémekben) viszonylag gazdag központi térségen kívül a vasionok gyakorisága állandó, ráadásul nagyjából azonos valamennyi galaxishalmazra, függetlenül annak tömegétől. Ugyancsak nem tapasztalható összefüggés a vas gyakorisága és az intergalaktikus anyagra jellemző hőmérséklet között.

Ez az eredmény megerősíti és általánossá teszi annak a korábbi felismerésnek az érvényességét, amely szerint a vas feldúsulása az intergalaktikus közegben több mint tízmilliárd évvel ezelőtt következett be, amikor maguk a galaxishalmazok még ki sem alakultak, de csillagok már léteztek, méghozzá igen nagy számban, és nagyon nagy lehetett a csillagkeletkezés üteme.