eso2108el — Tudományos közlemények

Meglepetésre nehézfémgőzöket találtak sok üstökösben a Naprendszerben – és még azon is túl

2021. május 19.

Az ESO VLT távcsőegyüttesével gyűjtött adatokat felhasználva egy belga csillagászcsoport kimutatta, hogy vas és nikkel található a Naprendszer üstököseinek légkörében, még azokéban is, amelyek a Naptól távol járnak. Egy lengyel kutatópáros által elvégzett másik, szintén ESO-adatokra támaszkodó vizsgálat eredménye szerint pedig a nikkel gőze a 2I/Borisov jeges csillagközi üstökösben is jelen van.

„Hatalmas meglepetés volt, hogy az elmúlt két évtizedben általunk észlelt összes, mintegy 20 üstökös légkörében vas- és nikkelatomokat detektáltunk, még a Naptól távoli, hideg űrt járókéban is” – kezdi Jean Manfroid (Université de Liège, Belgium), a Naprendszer üstököseivel foglalkozó kutatás vezetője, amelynek eredményeit bemutató tanulmány ma jelent meg a Nature magazinban.

A csillagászok már régóta tudják, hogy az üstökösök poros kőzetmagjában nehézfémek is jelen vannak. Mivel azonban alacsony hőmérsékleten a szilárd halmazállapotú fémek általában nem szublimálnak (azaz mennek át közvetlenül gázfázisba), senki sem várta, hogy a Naptól távoli hideg üstökösök légkörében is megjelenjenek. Ennek ellenére most még a Naptól 480 millió kilométernél (ez a Nap–Föld-távolság háromszorosa) messzebb járó üstökösökben is sikerült kimutatni a nikkel és a vas gőzét.

A belga csapat azt találta, hogy az üstökösök légkörében a vas és a nikkel nagyjából ugyanakkora mennyiségben van jelen. A Naprendszerben anyagában, például magában a Napban vagy a meteoritokban az arány kb. tízszeres a vas javára. Az új eredmény tehát mindenképpen jelez valamit a csillagászok számára a fiatal Naprendszerről, de a csoportnak még rá kell jönnie, hogy mi is ez.

„Az üstökösök 4,6 milliárd évvel ezelőtt jöttek létre, még a nagyon fiatal Naprendszerben, és azóta nem is változtak. Ebben az értelemben egyfajta kövületek a csillagászok számára” – teszi hozzá a cikk egyik társszerzője, Emmanuel Jehin (Université de Liège).

Bár a belga kutatócsoport már közel húsz éve tanulmányozza ezeket a „fosszíliákat” az ESO VLT távcsőegyüttesével, idáig nem bukkantak a nikkel és a vas nyomára az üstökösök légkörében. „Ez a felfedezés hosszú évekig a radarszint alatt húzódott meg” – von érzékletes párhuzamot Jehin.

A csapat az ESO VLT UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) műszerének spektroszkópiai adatait használta, hogy elemezze a Naptól különböző távolságokban járó üstökösök légkörét. Ez a technika lehetővé teszi a kozmikus objektumok kémiai összetételének felderítését: mindegyik kémiai elem egyedi nyomokat – vonalak serege – hagy az objektumokról hozzánk érkező fény színképében.

A belga csapat gyenge, elsőre azonosítatlan színképvonalakat detektált az UVES-adatokban, amelyek alaposabb vizsgálata aztán kiderítette, hogy azok vas- és nikkelatomok jelenlétére utaló jelzések. A nehéz elemek azonosítása azért bonyolult, mert csak rendkívül kis mennyiségben vannak jelen: a csoport becslése alapján a vizsgált üstökösök légkörében minden 100 kg vízre 1 g vas és kb. hasonló tömegű nikkel jut.

„A vas mennyisége a nikkelének általában tízszerese, ezeknek az üstökösöknek a légkörében azonban mindkét elemből nagyjából ugyanannyit találtunk. Arra a következtetésre jutottunk, hogy az üstökösök magjának felszínén található különleges anyagfajtából származhatnak, amely alacsony hőmérsékleten is képes szublimációra, és közben nagyjából ugyanannyi vasat és nikkel bocsát ki” – magyarázza a belga csoport egy másik tagja, Damien Hutsemékers (Université de Liège).

A csapat ugyan most még nem tudja, hogy miféle anyag lehet ez, de a csillagászati technika fejlődése – például az ESO már épülő Rendkívül Nagy Távcsövének (ELT) METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) műszere – lehetővé teszi majd, hogy a kutatók meghatározzák az üstökösök légkörében detektált vas- és nikkelatomok forrását is.

A belga csoport reméli, hogy tanulmányuk új utakat jelöl ki a jövő kutatásaiban. „A szakemberek most más távcsövek archívumait is át fogják nézni ugyanezen vonalakat keresve” – mondja Jehin. „Úgy véljük, ez szintén újabb kutatásokat fog ösztönözni a területen.”

Csillagközi nehézfémek

Egy másik figyelemre méltó, szintén a Nature-ben megjelentetett kutatási eredmény szerint ezek a nehézfémek a 2I/Borisov csillagközi üstökös légkörében is jelen vannak. A Naprendszerben elsőként detektált idegen üstököst egy lengyel kutatópáros vizsgálta az ESO VLT X-shooter spektrográfjával, amikor az mintegy másfél ezelőtt átszáguldott a Naprendszeren. Az találták, hogy a 2I/Borisov hideg légköre is tartalmaz gáznemű nikkelt.

„Eleinte nehezen hittük el, hogy a Napot csak nagy távolságra megközelítő 2I/Borisov üstökösben tényleg jelen lehetett atomos állapotú nikkel. Számos tesztet és ellenőrzést hajtottunk végre, hogy saját magunkat is meggyőzzük erről” – mondja a cikk egyik szerzője, Piotr Guzik (Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Lengyelország). Az eredmény meglepő, mivel a ma publikált két tanulmányt megelőzően nehézfématomokat tartalmazó gázt csak magas hőmérsékletű környezetekben figyeltek meg, például ultraforró exobolygók légkörében és a Naphoz túl közel kerülő, ezért ott elpárolgó üstökösök maradványában. A 2I/Borisov üstököst akkor észlelték, amikor az 300 millió kilométerre, azaz kétszeres Nap–Föld-távolságra járt csillagunktól.

A csillagközi objektumok részletes vizsgálata alapvető fontosságú, hiszen a tudomány számára felbecsülhetetlen értékű információval szolgálhatnak azokról az idegen bolygórendszerekről, amelyekből kiszakadtak. „Hirtelen megértettük, hogy a nikkel a Galaxis más régióiban is jelen van gáz halmazállapotban az üstökösök légkörében” – teszi hozzá, Michał Drahus, aki szintén a krakkói Jagelló Egyetem munkatársa.

A lengyel és a belga tanulmányok azt jelzik, hogy a 2I/Borisov és a Naprendszer üstökösei még annál is jobban hasonlítanak egymásra, mint ahogyan azt eddig gondoltuk. „Képzeljük el, hogy a naprendszerbeli üstököseinknek más bolygórendszerekben egy az egyben megvannak a megfelelőik! Nagyon menő, ugye?” – vonja le a végső következtetést Drahus.

További információ

A kutatási eredmények két cikkben jelentek meg a Nature-ben.

Az „Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun” (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03435-0) című tanulmányt jegyző kutatócsoport tagjai: J. Manfroid, D. Hutsemékers & E. Jehin (STAR Institute, Université de Liège, Belgium).

A „Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov” című cikket pedig Piotr Guzik és Michał Drahus (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Lengyelország) írta.

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb, látható hullámhossztartományban üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban működő VISTA és az optikai tartományban érzékeny VLT Égboltfelmérő Távcső. Szintén a Paranalon fogja elhelyezni és üzemeltetni az ESO a Déli Cserenkov Távcsőrendszert (CTAS), a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriumát. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39 méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Linkek

Kapcsolat

Jean Manfroid
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
Telefon: +32 4 366 97 25
E-mail: jmanfroid@gmail.com

Damien Hutsemékers
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
E-mail: D.Hutsemekers@uliege.be

Emmanuel Jehin
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
Telefon: +32 470 850 172
E-mail: ejehin@uliege.be

Piotr Guzik
Astronomical Observatory, Jagiellonian University
Krakow, Poland
Telefon: +48-126-238-627
Mobil: +48-791-223-196
E-mail: piotr.guzik@doctoral.uj.edu.pl

Michał Drahus
Astronomical Observatory, Jagiellonian University
Krakow, Poland
Telefon: +48-126-238-627
Mobil: +48-578-221-628
E-mail: drahus@oa.uj.edu.pl

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2108 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2108el
Név:2I/Borisov, C/2016 R2 (PANSTARRS), Comet
Típus:Solar System : Interplanetary Body : Comet
Milky Way : Interplanetary Body : Comet
Facility:Very Large Telescope
Instruments:UVES, X-shooter
Science data:2021Natur.593..375G
2021Natur.593..372M

Képek

Nehézfémek detektálása a C/2016 R2 üstökös légkörében
Nehézfémek detektálása a C/2016 R2 üstökös légkörében
A nikkel detektálása a 2I/Borisov csillagközi üstökös légkörében
A nikkel detektálása a 2I/Borisov csillagközi üstökös légkörében
Ritka, mint a kék üstökös
Ritka, mint a kék üstökös
A 2I/Borisov csillagközi üstökös VLT-vel rögzített képe
A 2I/Borisov csillagközi üstökös VLT-vel rögzített képe

Videók

Művészi animáció az üstököslégkörök nehézfémtartalmáról
Művészi animáció az üstököslégkörök nehézfémtartalmáról
Művészi animáció az üstökösről
Művészi animáció az üstökösről
A C/2016 R2 (PANSTARRS) üstökös csóvájának változásai
A C/2016 R2 (PANSTARRS) üstökös csóvájának változásai
A 2I/Borisov csillagközi üstökös felszíne – művészi animáció
A 2I/Borisov csillagközi üstökös felszíne – művészi animáció