┌─▄─▄ ▀ ┐ ▄ ▄─▄ │ █ █ ▄ ┌─▄ │ ▄ ▄─┐ ▄─┐ ▄─┐ ┌─▄ ▄─┐ ┌─▄ ┌─█ ▄─┐ ─▄─ ▄─┐ ┬─▄ ▄▀ │ █ █ ┌─█ █─┤ █ │ █ █ │ ┌─█ █ ┌─█ │ █ █ │ ║ █ │ │ █ ▀ ┴ ▀ ▀ └─▀ ▀ └ ▀─┘ ▀ █─┘ └─▀ ▀ └─▀ └─▀ ▀─┘ ─▀─ ▀─┘ ┴ ▀ ▀ ▀ 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
Dimenziók
- #1 - Itt és most (Értekezés a térről és időről)
- #2 - Világ(egyetem)
- #10 - Álmodozók - Irodalmi antológia
- #11 - eLeVeN
- #12 - Mozaikok a nevelés történetéből
- #13 - Achilles Dent - a gondolkodó ember
- #14 - Y-akták - Tele Fiction Magazin
- #15 - Kábulatban
- #16 - Gyer(MEK)kor (Magyar Elektronikus Könyvtár)
- #17 - Antigravitációban
- #18 - Nem iskolás fokon...
- #19 - Gyermekszemlélet
- #20 - Csillagnézők
- #21 - Magyar nők a dualizmus korában
- #22 - MeGiNT eLeVeN
- #23 - Valahol kinn az űrben...
- #24 - Kapcsolat - kezdő és gyakorló szeretőknek -
- #25 - Az örökkévalóság pillanatai
- #26 - Gitta írásai - Kaderják Gitta
- #27 - Hó hull sóhajomra (Don-kanyar - Elveszve a végtelenben)
- #28 - Túl a horizonton - Egyedül vagyunk?
stag weekends in Budapest
