Csillagképződés
2015.02.20 14:57
Maga a csillagváros egy relatíve kompakt galaxisnak számít, ennek ellenére középpontjában megtalálható a "megszokott" fekete lyuk. Ennek a szupermasszív objektumnak a gravitációs hatása volt az, ami előidézte a jelenséget: hatalmas mennyiségű gáz lövellt ki a galaxis belsejéből, mintegy 1000 kilométer per másodperces sebességgel.
És hogy mégis mekkora anyagot vesztett a galaxis? Akkorát, amennyiből akár egymilliárdnyi(!) nap is kijöhetett volna (ne feledjük, egy galaxisról beszélünk)! Mindez azt is jelenti, hogy a csillagvárosban valószínűleg leáll(t) a csillagképződés, hiszen az ehhez szükséges anyag java a fenti felvétel tanúsága szerint kiszáguldott belőle.
A csillagkeletkezés az a folyamat, melynek során a csillagközi gázfelhőkben, elsősorban a gravitáció összehúzó hatására csillagok jönnek létre. A csillagkeletkezés főleggalaxisokban, ezen belül is főleg a sok csillagközi anyagot tartalmazó spirálgalaxisokban zajlik.
Az összesűrűsödő gázfelhő egyes részei saját tömegvonzásuknál fogva egyre több gázt vonzanak magukba, így egyre sűrűbbé válnak, ezek a globulák, melyek a látható fény tartományában eltakarják a keletkező csillagot. A beérkező anyag a protocsillag körül akkréciós korongot képez, és nagy része a protocsillagba zuhan, egy része poláris jetformájában a csillagközi térbe távozik, az ilyen gázfelhők a Herbig-Haro objektumok. A protocsillag a sűrűség növekedésével folyamatosan fölhevül, és a megfelelő hőmérséklet elérése után a legsűrűbb részen megindul a deutérium, később a hidrogén fúziója. A gázfelhő maradékát a csillag sugárzása és csillagszele kifújja, az akkréciós korong maradékából pedig protoplanetáris korong képződik, mely végül bolygókká áll össze.
A csillagkeletkezési folyamatot gyorsíthatja a gázfelhő összenyomódása, ezt gyakran végzik a szupernóvák által kiváltott lökéshullámok, a spirálgalaxisokban a gázfelhőkspirálkarokon (melyek tulajdonképpen szintén nagy lökéshullámok) való áthaladása, és az O és B színképtípusú csillagok ultraibolya sugárzása által növesztett buborékok tágulása. Kölcsönható galaxisokban is gyakori a szokásosnál lényegesen intenzívebb, robbanásszerű csillagkeletkezés.
A csillagkeletkezést lassíthatja a gázfelhő turbulenciája, mely a vagy a benne kialakuló mágneses mezők, melyek mentén a gáz áramlik, akadályozva az egyenletes összehúzódást. Emiatt a nagy gázfelhőknek csak egy kis része tud csillagokká alakulni.
A csillagontó galaxisokban a csillagkeletkezés a szokásosnál intenzívebb (a Tejútrendszerünkre jellemző évi 3-4 csillag helyett hasonló méretű galaxisra vetítve ennek a tízszeresét is elérheti), az ilyen galaxisokban szuper-csillaghalmazok is láthatóak, melyek hasonlítanak Tejútrendszerünk nyílthalmazaihoz, de az azokra jellemző néhány száz-néhány ezer csillag helyett több millió csillagot tartalmaznak. A korai Univerzum galaxisaiban a csillagkeletkezés ennél sokkal intenzívebb volt, 2010 elején gravitációs lencsehatás segítségével sikerült olyan galaxist megfigyelni, amelyben a csillagkeletkezési ráta 250 csillag/év volt.
A Hubble űrtávcső megfigyelési szerint egyes törpegalaxisokban a csillagkeletkezési folyamat hosszú ideig, akár 200-400 millió évig is eltarthat, és a csillagkeletkezési hullám végigvonul az egész galaxison. A nagy csillagközi gázfelhőkben tömegesen képződnek csillagok, melyek sugárzása a felhőben lévő hidrogént ionizálja és sugárzásra készteti, az ilyen tartományokat H II régióknak nevezzük. A gázfelhő anyagának csillagokká alakulásakornyílthalmaz keletkezik, melynek tagjai idővel szétrepülnek a térben.
A Chandra röntgenobszervatórium legutóbbi megfigyelései arra utalnak, hogy
eddig ismeretlen és váratlan módon is keletkezhetnek csillagok. A mellékelt
képen látható számos nagy tömegű csillag saját Galaxisunk központi fekete
lyuka, a Sagittarius A* körüli korongban található.
A fekete lyuk közeli, megközelítőleg 50 naptömegnyi csillagok
létezése korábban is ismert, odakerülésük, illetve keletkezésük módja
viszont ismeretlen volt.
Az eddigi elképzelések szerint azok a hatalmas gázfelhők, amelyekből a standard
csillagkeletkezési elméletek szerint a csillagok kialakulhatnak, a fekete lyuk
gravitációja által keltett árapályerők hatására darabokra szakadnának.
Az elmélet alapján a közelben csillagok sem keletkezhetnének, mivel az vagy a
fekete lyukba zuhan, vagy nagy sebességgel kilökődik.
Galaxisunk központi vidéke nagy tömegű csillagokkal. Balra a Chandra
űrobszervatórium röntgentartományban készített képe, jobbra fantáziakép a
fekete lyuk körüli csillagokról. (Chandra X-ray Center nyomán)
Az egyik lehetőség, hogy a Sagittarius A* körüli sűrű gázkorong gravitációs
ereje mégis lehetővé teszi csillagok keletkezését. Ahogyan az anyag a fekete
lyukba hullik, nagysebességű sugárzási jetek hagyják el a fekete lyuk
környezetét. Ezek az anyagkorongban szuperszonikus lökéshullámokat keltenek,
amelyek összetömörítik és felforrósítják a gázt. A lökéshullám ezenkívül
ionizálja is a gázt, az anyag elektronjainak egy részét magával sodorva. A
lökéshullám elhaladtával a felhő összehúzódik és az ionok rekombinálódnak.
Ezzel viszont sugárzást bocsátanak ki, és így energiát szállítanak el a
felhőből. Az így bekövetkező hűlés még inkább összehúzza az anyagfelhőt, így a
folyamat végén az anyaggömb elég sűrűvé válik, összeomlik és megszületik a
csillag.
A fekete lyuk elképesztő gravitációs erejével szemben – amely könnyen
széttépné a kialakulófélben levő csillagot – a sűrű anyagkorong gravitációs
ereje áll. A fekete lyuk gravitációs erejének ellensúlyozásához a számítások
szerint az anyagkorongnak legalább 10000 naptömegnyinek kell lennie. Az
eredmények szerint a két erő közötti huzavona a nagyobb tömegű csillagok
keletkezésének kedvez. Sergei Nayakshin (Leicester Egyetem)
véleménye szerint az itt uralkodó sugárzás és a nagyobb tömegű csillagok
kiáramló csillagszele teremt olyan körülményeket, amelyek nem kedveznek a
kisebb tömegű csillagok keletkezésének. A kutatók véleménye szerint egy átlagos
csillag ebben a tartományban közelítőleg tízszer nagyobb tömegű, mint egy
átlagos csillag a galaxis más vidékein.
A másik lehetőség az ún. migrációs elmélet, mely szerint a Sagittarius A* körüli nagy
tömegű csillagok eredetileg a fekete lyuktól távol levő halmazban keletkeztek
legalább 32 fényévnyire, ahol a fekete lyuk gravitációs hatása kisebb. Az
elmélet szerint később vándoroltak el a középpont felé, egészen a 0,3 fényéves
távolságig. Azonban az ilyen nagy tömegű csillagokkal együtt igen nagyszámú kis
tömegű csillagnak kellett keletkeznie. Ennek a migrációs elméletnek az
előrejelzése szerint közel egymillió, a Naphoz hasonló, kis tömegű csillagnak
kellett a Galaxis középpontja felé vándorolnia az észlelt nagy tömegű
csillagokkal együtt.
A kutatók a Chanda űrobszervatórium röntgentartományban készített észleléseit
hasonlították össze az Orion-köd csillaghalmazában levő ezernyi fiatal csillag
röntgenképével. Az eredmények szerint az Sgr A* halmaz mindössze körülbelül
10000 kis tömegű csillagot tartalmaz, így az eredmény kizárja a migrációs
modellt.
Ennek megfelelően a végkövetkeztetés az, hogy a megfigyelt nagy tömegű
csillagok jelenlegi helyükön keletkeztek: a fekete lyuk közelében. A nagy tömegű
csillagok nem túl hosszú életűek, igen gyorsan haladnak végső
szupernóva-robbanásuk felé. Ezen robbanások során nehezebb elemeket, mint
például oxigént szórnak szét, így magyarázatot adhatnak a fekete lyukak körüli
anyagkorongokban már régebben is észlelt nehezebb elemek létére. Ezen felül az
eredmények azt is jelzik, hogy a fekete lyukak nagy szerepet játszhatnak a galaxisok
kialakulásában is.
Mindazonáltal a korongmodell elfogadása problémákat is felvet. A legtöbb
csillaghalmazban a kis tömegű csillagok a halmaz tömegének megközelítőleg
90%-át hordozzák, azaz ezernyi fiatal, kis tömegű csillag veszi körül a néhány
nagy tömegű csillagot. Mivel a Sagittarius A* körüli halmazban nincsenek kis tömegű
csillagok, a szakembereknek újra kell gondolniuk a csillaghalmazok
keletkezésével kapcsolatos elméleteket.
Galaktikus kukta állította le a csillagképződést
A konyhában működő fizika egészen jól leírja azt a jelenséget, amire nemrég akadtak a végtelen univerzumban. Persze azért a méretek között óriási a különbség.
A kukta a termodinamika törvényeit kihasználva működik: a hőmérséklet növelésével a benne keletkező vízgőz hőmérséklete is emelkedik, ezáltal pedig a nyomás is nő. Amikor elkészült az ebéd, az edény szelepét megnyitva a benne levő gőz a túlnyomás miatt fütyülve-sípolva távozik a külvilág felé. Ehhez hasonló jelenséget figyeltek meg a nem túl fantáziadúsan SDSS J0905+57-nek elnevezett galaxisban is.
Maga a csillagváros egy relatíve kompakt galaxisnak számít, ennek ellenére középpontjában megtalálható a "megszokott" fekete lyuk. Ennek a szupermasszív objektumnak a gravitációs hatása volt az, ami előidézte a jelenséget: hatalmas mennyiségű gáz lövellt ki a galaxis belsejéből, mintegy 1000 kilométer per másodperces sebességgel.
És hogy mégis mekkora anyagot vesztett a galaxis? Akkorát, amennyiből akár egymilliárdnyi(!) nap is kijöhetett volna (ne feledjük, egy galaxisról beszélünk)! Mindez azt is jelenti, hogy a csillagvárosban valószínűleg leáll(t) a csillagképződés, hiszen az ehhez szükséges anyag java a fenti felvétel tanúsága szerint kiszáguldott belőle.