Dimenzió #02

Világ(egyetem)

(csillagászat)

Legnépszerűbb számunk

[#24] Kapcsolat - kezdő és gyakorló szeretőknek -


Legnépszerűbb cikkünk

[#24] Szerelmes versek

   ┌─▄─▄ ▀           ┐                             ▄                  ▄─▄
   │ █ █ ▄    ┌─▄    │ ▄ ▄─┐ ▄─┐ ▄─┐ ┌─▄ ▄─┐ ┌─▄ ┌─█ ▄─┐ ─▄─ ▄─┐ ┬─▄   ▄▀
   │   █ █    ┌─█    █─┤ █ │ █   █ │ ┌─█ █   ┌─█ │ █ █ │  ║  █ │ │ █   ▀
   ┴   ▀ ▀    └─▀    ▀ └ ▀─┘ ▀   █─┘ └─▀ ▀   └─▀ └─▀ ▀─┘ ─▀─ ▀─┘ ┴ ▀   ▀
                                 


                              A korparadoxon

                          Vita övezi az univerzum alapvető tényét - a korát.
                          A csillagkutatók azt  állitják,  hogy  a  legősibb
                          csillagok több  milliárd  évvel idősebbek, mint az
                          univerzum.
                                                          (Ray Jayawardhama)


   A kozmológusok szerint az Univerzum kora valószínűleg 8 és 15 milliárd év
közé  tehető.  A  csillagkutatók  nem  értenek  egyet   ezzel.  Szerintük  a 
legöregebb  csillagok  sokkal  idősebbek,  valószínűleg  16-19  milliárd  év 
közötti  a  koruk.  A  legöregebb  csillagok  sem lehetnek idősebbek az őket 
alkotó univerzumnál, így a korparadoxon fogas kérdés a csillagászok számára.
   A korparadoxon feloldásának megértéséhez  nagyon  fontos, hogy  tisztában 
legyünk  az  univerzum  kialakulásának menetével, de a csillagászoknak ezt a 
folyamatot még nem sikerült egyértelműen tisztázniuk.
   A galaxisok  távolságának  meghatározásához  használt  módszernek is és a 
csillagok életét szimuláló modelleknek is tévedniük kell. Mind a két módszer
adataiban lehetnek hibák, ahogy azt a jelenlegi állapotok mutatják. A  hibák 
feloldásával   a   csillagászok   a   csillagok   életéről,   az   univerzum 
kialakulásáról új és pontosabb információkhoz juthatnak. A csillagok kora és 
a  kozmólógiai  kor  közül  az  utóbbit  nehezebb  meghatározni,  mert ezt a 
galaxisok mozgásából lehet megállapítani.

                       A kozmológiai kor megállapítása

   Az Univerzum korának megállapításához jelenleg használt módszer  alapjait
1920-ban  Edwin  Hubble   rakta  le,  amikor   megállapította  az  Univerzum 
tágulását. Felfedezése szerint a galaxisok  távolodnak egymástól. A messzebb
levők gyorsabban, míg a  közelebb  levők  lasabban. A  galaxisok nem az űrön 
keresztül haladnak, hanem az űrrel együtt, ahogy az tágul. Ezt a tágulást az
ősrobbanás  indította el, az a hatalmas erejű  robbanás, amely létrehozta az 
univerzumot.
   A kozmológusok az univerzum korát a galaxisok nyilvánvaló mozgása alapján
határozzák meg. Ez a módszer ahhoz hasonló, mint amikor azt  határozzuk meg,
hogy mennyi idő szükséges ahhoz, hogy  az  egyik  városból indulva a másikba 
érjünk egy állandó sebességű autóval menve. Ehhez hasonlóan állapítják meg a 
csillagászok a galaxisok útidejét, amióta az ősrobbanás helyét elhagyták, ez 
az időtartam pedig egyenlő az univerzum korával.
   A  galaxisok egyedi  sebességét és távolságát hibásan számoljuk ki, akkor
az univerzum korára rossz értéket adhat meg, ezért a csillagászok az átlagos
tágulási együtthatót  használják  a  számításaikban,  amelyet  több  galaxis 
adataiból számoltak ki. A tágulási együtthatót Hubble állandónak hivják (Hé)
és  úgy  határozták  meg,  hogy   a   galaxisok   távolságát  elosztották  a 
sebességükkel. A  Hubble  állandó  mértékegysége elég szokatlan: km/s/millió 
fényév. Például ha  a Hé=30  km/s/millió  fényév  és  a  galaxis  100 millió 
fényévre  van   tőlünk, akkor  ebben  az  esetben  a  galaxis  3000  km/s-os 
sebességgel  távolodik  tőlünk, 10-szer olyan  gyorsan  mint  egy  10 millió 
fényévre levő galaxis, aminek a sebssége 300 km/s.
   A  Hubble állandó  reciproka (1/Hé)  az Univerzum becsült korát adja meg, 
amit a  csillagászok becsült kornak hívnak. Ha nem merülnének fel problémák, 
akkor ennek egyenlőnek kellene lennie az Univerzum korával.
   Univerzumunkat  azonban csillagok és galaxisok töltik ki. Ezeknek a  kora 
kevesebb  kellene  hogy  legyen,   mint  a  Hubble-kor,  mert  a  gravitáció 
összetartja a galaxisokat és a  csillagokat, így időben lassítja a tágulást. 
A lassuló tágulás  azt jelenti, hogy  régen a galaxisok gyorsabban mozogtak, 
mint  ma.  Így  a  Hubble-kor,  melyet a számításokkor a jelenlegi  tágulási 
együtthatóval  határoznak  meg (Hé) csak  egy felső  határát  szabja  meg az
Univerzum korának. Univerzumunk  ennél  csak  fiatalabb  lehet, valószínűleg 
2/3-a a Hubble-kornak.

                            Felfelé a kor skálán

   A Hubble-kor és  más ebből származó  korbecslések csak  annyira pontosak, 
mint a meghatározásukhoz használt galaktikus távolságok,  és sebességek. Egy
galaxis sebességének  meghatározása  elég egyszerű feladat. A csillagászok a 
Doppler eltolódást  használják  ennek  meghatározásához.  A tőlünk  távolodó 
galaxisok  spektrumában  található sötét vonalak a spektrum vörös része felé 
tolódnak el, míg a hozzánk  közeledőben  levő galaxisok  színképében levők a 
kék felé. A spektrum  eltolódásának  mértéke arányos a galaxis sebességével. 
Majdnem  minden  galaxis  színképe  a  vörös  felé  tolódik  el az univerzum 
tágulását jelezve.
   Másfelöl a galaxis távolságának  meghatározása  egy  trükkös  többlépcsős
folyamat, amit a  csillagászok  kozmikus  távolságskálának  hívnak. Az  első 
lépés a Nap-Föld távolság meghatározásával kezdődik, majd a külső bolygók és
a közeli  csillagok  távolságának  meghatározásával  folytatódik. A legvégső 
lépés a legtávolabbi galaxisok és a kvazárok távolságának meghatározása.
   A különböző  lépésekhez "standard jelzőket" használnak, olyan égitesteket 
amelyeknek  hasonló  a  luminozitása. Ezekkel lehet meghatározni a távolabbi 
csillagok és a  közelebbi  galaxisok  távolságát. Ismerve  a  standard jelző 
valódi   fényességét,   és   ezt   összehasonlítva   a   galaxisban   látott 
fényességével, meghatározhatjuk a galaxis távolságát. A távolságmeghatározás
ezen  lépéseit használva a csillagászok  a legtávolabbi galaxisok távolságát 
is meg tudják határozni.
   A  standard  jelzők  egyik  speciális  fajtái  a  Cepheidák, amelyeket  a 
közelebbi  objektumok  távolságának  meghatározásakor  használhatunk. Ezek a 
csillagok fényességüket  szabályosan  változtatják,  ahogy  összehúzódnak és 
kitágulnak. A  fényváltozás  sebesség  szorosan  összekapcsolódik a  csillag 
fényességével. Így  a csillagászok meg tudják állapítani a luminózitásukat a
fényességváltozás üteméből, majd ebből számítják ki a távolságot úgy, hogy a
luminózitást  és  a látszó  fényességet  hasonlítják  össze.  Mivel  ezek  a
csillagok nem tartoznak  a legfényesebbek közé, ezért a körülbelül 25 millió
fényévnél  közelebb  levő  galaxisok távolságának meghatározásához nyújtanak 
nagy segítséget.
   Messzebb levő galaxisok távolságmeghatározásához  más  standard  jelzőket 
kell használni.  Az  Ia típusú szupernóva éppen megfelelő standard jelzőnek,
mert  mindegyikük  eléri  a  luminozitás  ugyanazon  csúcsértékét,  és  több 
magnitúdóval   fényesebbek,  mint  a  Cepheidák.  Amikor  ezek  a  csillagok 
elegendő anyagot gyűjtenek össze  a  kísérőjüktől, akkor  egy  vad  robbanás 
kíséretében annyira felfényesednek, hogy  fényességük  még a saját galaxisuk
fényességét  is  meghaladja.  Ekkor  több  milliárd  fényév  távolságból  is 
láthatóak.
   Azonban  a  távolságskálán  nem  könnyű  a  Cepheidáktól  az   Ia  típusú
szupernóvák felé haladni, mert hiányzik egy-két láncszem. A Cepheidákat csak
a viszonylag közeli galaxisokban tudjuk  megfigyelni, azonban  az Ia  tipusú
szupernóvák ritkán tünnek fel a közeli galaxisokban,  amiket az csillagászok
meg tudnának figyelni. Ehelyett  a  nagyszámú  távoli  galaxisok  közt  kell 
szupernóvák után kutatni, de  ezzel a távolságskála hiányossá válik. További 
probléma a szupernóvákkal, hogy a luminozitás elért csúcsértéke bizonytalan, 
ami a távolságmérést is bizonytalanná teszi.
   A távolságmeghatározáshoz  használt  eszközök  hiánya  arra  késztette  a 
csillagászokat, hogy más módszereket keressenek. Az úgynevezett Tully-Fisher
módszer azt az effektust használja, hogy a masszívabb galaxisok  fényesebbek
és    gyorsabban   forognak,   mint   a   kevésbé   masszív    galaxisok.  A 
rádiócsillagászok  a  21  cm-es  hidrogén  emissziós  vonalon  mérik  meg  a 
galaxisok  forgási  sebességét.  Minél  szélesebb a  vonal, annál gyorsabban 
forog a galaxis és annál masszívabb és fényesebb. A becsült fényességet és a
megfigyeltet összehasonlítva a csillagászok  meg tudják becsülni a galaxisok 
távolságát.  A Tully-Fisher  módszerrel  a Hubble  állandó 15-30 km/s/millió 
fényévnek adódik, amiből  az  univerzum  korára  14-7 milliárd év jön ki. De 
ezzek  az  értékek  elég  pontatlanok.  A  csillagászoknak  azonban   sokkal 
pontosabban  kell  megbecsülniük  a Hubble állandót, hogy meghatározhassák a 
távoli galaxisok távolságát és az univerzum korát.

                           Új skála kialakítása

   Az  elmúlt  5 évben  a  csillagászok  új  nagy pontosságú standard jelzőt 
használtak a távolságméréshez. Az öreg csillagok  körüli  táguló  planetáris 
ködöket   használják.  Ezek  a  haldokló  csillagok  gázfelhőket  löknek  le 
magukról, azért  mert  nem  elég   masszívak   ahhoz,  hogy   szupernóvaként 
robbanjanak fel. A Kitt Peak National  Observatory-ban George Jacoby vezette 
kutatócsoport úgy találta, hogy a galaxisok  legfényesebb planetáris  ködjei 
ideális  standard  jelzők,  mivel  mindegyik  luminozitása  hasonló, és elég
fényesek  ahhoz,  hogy  nagy  távolságból  is  láthatók  lehetnek.  Ezek  az 
objektumok  azért  is ideálisak, mert általában messze fekszenek a galaxisok 
csillagokkal  zsúfolt  centrumától  és   így   könnyen   megfigyelhetőek.  A 
spektrumuk egyedülállósága pedig könnyen azonosíthatóvá teszi őket.
   Jacoby csoportja megállapította a közeli Virgó csoport galaxisainak 
távolságát  a  planetáris  ködöket használva fel, és eredményeik jó egyezést 
mutatnak  más  módszerek eredményeivel. Más kutatócsoportok is követték őket 
az  új  távolságmeghatározási  módszert  használva. Méréseikből az univerzum
kora 8-12 miliárd év közöttinek adódott.
   A  kozmológia   arra  törekszik,   hogy  új   lépcsőfokokat   találjon  a 
távolságmeghatározás skáláján és  ezzel  sokkal  pontosabban állapítsa meg a 
Hubble állandót.  De erőfeszítéseik ellenére a kozmológiai  kor  még  mindíg 
csak 10 miliárd évnek  adódik és így a kozmológiai paradoxont még mindíg nem
sikerült feloldani.

                 Az öreg csillagok korának a megáltapítása

   A  csillagok  fizikájával  foglalkozó csillagászok azt mondják, hogy a ma 
látszó  legöregebb  csillagok  gömbhalmazokban  találhatók  és  koruk  16-19 
miliárd év. A  gömbhalmazok több  millió  csillagot  is tartalmazhatnak és a 
Tejútrendszer körül, de nem a galaxis síkjában helyezkednek el. A gömbhalmaz
minden csillaga ugyan akkor született, így koruk  is  azonos.  De a halmazok 
nagytömegű csillagai  nukleáris  tüzelőanyagjukat sokkal hamarabb használják 
el  mint  a  kisebbek és így hamarabb válnak  óriássá is. A csillagászok azt 
vizsgálják, hogy mely csillagok válnak éppen óriássá és azután elméleti úton
becsülik  meg,  hogy  ez  a  folyamat  mennyi   időt  vett  igénybe  és  így 
következtetnek a halmaz korára.
   A halmazból csak egy csillagot vizsgálva a halmaz korát csak nagy hibával
állapíthatjuk  meg.  Ezért  a  csillagászok  sok  csillag   hőmérsékleti  és 
fénygörbéjét szerkesztik meg és hasonlítják össze  az elméleti becslésekkel,
hogy a különböző korú csillagoknak milyen  fényeseknek és  hőmérsékletűeknek 
kell lenniük.
   Don  VandenBerg  (University   of  Victoria),   Peter  Stetson  (Dominion 
Astrophysical  Observatory)  és  Michael  Bolte   (Lick   Observatory)   sok 
gömbhalmazt   tanulmányoztak.  A   Hercules   beli   M 92  jelű   gömbhalmaz 
csillagainak  korát  15-17  milliárd  évesnek  becsülték.  Nagyon  valószinű 
azonban,  hogy  az  M 92  ennél  is  idősebb.  Oscar Straniere és Alessandro 
Chieffi  (Astrophysics in Frascati) vezette  olasz  kutatócsoport  véleménye
szerint ez akár 19 milliárd év is lehet.
   Ez  a  kor  nagy  ellentétben  van   a  kozmológiai  korral.   Azonban  a 
csillagfejlődési  elméletek  is   hibásak  lehetnek,  így  a  csillagászokat 
megtévesztve a valóságosnál öregebbnek mutatják a gömbhalmazok csillagait. A 
Yale  Egyetem  kutatócsoportja  Pierre Demarque,  Mare Pinsonneault és Brian 
Chaboyer   egy  olyan  csillagfejlődési  modelt  vizsgáltak,  amit  előzőleg 
mellőztek. A csillagok belsejében végbemenő diffúzió nehezebb elemeket, mint
például a lítium,  hozhat létre, amelyek  a csillag közepén helyezkednek el, 
míg  a  könnyű elemek,  mint a hidrogén  a külső  héjjakon. Ez a diffúziónak 
nevezett folyamat megváltoztatja a csillag energiaszállításának a folyamatát
a  mag  és  a  felszín  között  és  így  megváltozik a csillag fényessége és 
hőmérséklete is. A  diffúzió  tehát  jelentős  szerepet  játszik  a  csillag 
korának  kialakításában,  és  megtéveszthetik  a  csillagászokat, amikor egy 
gömbhalmaz korát a csillag fényességéből illetve hőmérsékletéből  igyekeznek
megállapítani.
   A  diffúzió  hatását  is  figyelembevéve az  új csillagfejlődési modelben
Demarque csoportja megállapította, hogy  a  legöregebb gömbhalmazok legalább 
16  miliárd  évesek. Ezzel  azonban  a  korparadoxon  problémája  érintetlen 
maradt. Egy  másik,  szintén  a  Yale-n  dolgozó  csillagász felfedezése még 
rontott   is   a   helyzeten.   Young-Wook  Lee   a   Cepheidákhoz   hasonló 
változócsillagokat, az  RR Lyrae-kat vizsgálta a  galaxisok közepe felé. Azt
találta, hogy ezek a csillagok 1.3 milliárd évvel öregebbek még a legöregebb
gömbhalmazoknál is. Felfedezésével  így a legöregebb csillag kora minimum 17 
miliárd év.
   Bár  vannak  hibák  a  csillagok  korának  meghatározása  körül,   a  kor 
növekedése  nem  tarthat  örökké,  azt  ellensúlyoznia kell a kort csökkentő 
tényezőknek. Vagyis ahogy a csillagászok egyre  több  ismeretet  szereznek a 
csillagfejlődésről, úgy egyre  több olyan tényezőt  kell  számításba  venni, 
amelyek  csak  idősebbnek mutatják a csillagokat a valóságosnál. Még így sem
lehet a legidősebb  csillag  16 miliárd  évnél öregebb.  Jelenleg úgy tűnik, 
hogy a fejlett tudományok ellenére sem találkozik  félúton  a  csillagászati 
és a kozmológiai kor. De néhány a Hubble tábortól származó friss eredmény új
irányt mutat a korparadoxon feloldásának irányába.

                           A paradoxon feloldása

   1992 januárjában egy csoport csillagász melynek  tagjai a Space Telescope 
Science Institute-tól és a Carnegie Observatories-től  kerültek ki egy olyan
bejelentést tettek, amely betöltheti a távolság skálán  tátongó  lyukakat. A
csoport melynek tagja volt Allan Sandage is a Hubble űrtávcsövet használták,
hogy 27 Cepheidát észleljenek a CVn csillagkép egyik halvány,  IC 4182 jelű, 
galaxisában. Azért erre a galaxisra esett a választásuk, mert a csillagászok
egy Ia tipusú szupernovát figyeltek meg itt 1937-ben.
   A korábbi mérések pontatlan távolságot adtak meg erre a csillagra, mert a 
csillag fényességének maximuma bizonytalan volt. Azonban Sandage csoportja a
Cepheidákról   készült   új  észleléseket  használta  mérőeszközül,  hogy  a 
szupernova maximum fényességét és a galaxis pontos távolságát megállapítsák. 
Az új és pontos távolságot használva a csoport  a  Hubble  állandó  értékéül 
14 km/s/millió fényévet kapott. Ez pedig az univerzum korául 15 miliárd évet
ad, ami már elég jó eredménynek tekinthető a korparadoxon feloldásához.
   Bár Sandage  azt  mondja,  hogy  biztos  a  dolgában,  mások  óvatosságra 
intenek. Michail Pierce (Kitt Peak National Observatory) rámutat arra,  hogy 
az   IC  4182-ben   sok  por  van,  ami   elhalványítja  a  Cepheidákat   és 
bizonytalanná  teszi  a  távolságbecslést. Ha  Pierce-nek igaza van, akkor a
galaxisból számított Hubble álandó nagyobb  és az  univerzum fiatalabb, mint 
ahogy azt Sandage megállapította.
   Milyen Hubble állandót lehet a Virgo galaxiscsoportra  megállapítani?  Az
így kapott és a Sandage álltal megállapított eredmények közötti eltérés  azt
jelenti, hogy távol vagyunk még a kozmológiai  kor  pontos megállapításától. 
Még több galaxis megfigyelése feloldhatja  a  kozmológiai  kor  problémáját. 
Jeremiah Ostrike-re (Princeton University) hivatkozva azt mondhatjuk, hogy a
galaxisok mozgása független az univerzum tágulásától  ez zavarokat okozhat a 
Hé  megállapításakor.  Ezt  a   problémát  elkerülendő  -  mondja  -,  a  Hé 
megállapítását sok galaxis észlelése alapján kell megtenni.
   Még ha a csillagászok egyet is értenek  a  kozmológiai korban,  akkor  is
megmarad a korparadoxon - egy  darabig. A legtöbb csillagász egyetért abban,
hogy ahogyan egyre pontosabb távolságmérő "eszközeink"  lesznek  és  ahogyan 
egyre  jobban  megértjük  a  csillagok  fejlődését,  úgy  fog  egyre  jobban 
közeledni egymáshoz a kozmológiai-kor és a csillag-kor. Bárhogyan is van, mi
mindannyian tudjuk, hogy a csillagok igazából nem lehetnek idősebbek magánál
az univerzumnál.

                                                           Ray Jayawardhana
                                                           (Yale University)

                                              Fordította: Nagy Mélykúti Ákos
Google
 
Web iqdepo.hu
    © Copyright 1996-2017
    iqdepo / intelligence quotient designing power - digitális kultúrmisszió 1996 óta
    All rights reserved. Minden jog fenntartva. | xhtml, css, 508
internetes partnerünk:
Netmester
netmester a holnaptervező