├»3┌─▄─▄ ▀ ┐ ▄ ▄─▄├»0
├»3│ █ █ ▄ ┌─▄ │ ▄ ▄─┐ ▄─┐ ▄─┐ ┌─▄ ▄─┐ ┌─▄ ┌─█ ▄─┐ ─▄─ ▄─┐ ┬─▄ ▄▀├»0
├»3│ █ █ ┌─█ █─┤ █ │ █ █ │ ┌─█ █ ┌─█ │ █ █ │ ║ █ │ │ █ ▀├»0
├»3┴ ▀ ▀ └─▀ ▀ └ ▀─┘ ▀ █─┘ └─▀ ▀ └─▀ └─▀ ▀─┘ ─▀─ ▀─┘ ┴ ▀ ▀├»0
├»3▀├»0
ï4A korparadoxonï0
├»5Vita övezi az univerzum alapvető tényét - a korát.├»0
├»5A csillagkutatók azt állitják, hogy a legősibb├»0
├»5csillagok több milliárd évvel idősebbek, mint az├»0
ï5univerzum.ï0
ï3(Ray Jayawardhama)ï0
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.
├»4A kozmológiai kor megállapítása├»0
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.
├»4Felfelé a kor skálán├»0
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.
├»4Új skála kialakítása├»0
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.
├»4Az öreg csillagok korának a megáltapítása├»0
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.
├»4A paradoxon feloldása├»0
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.
ï3Ray Jayawardhanaï0
ï5(Yale University)ï0
├»3Fordította: Nagy Mélykúti Ákos├»0