Az állandó összetételű Univerzum
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2015.11.20 08:15.)

Amennyire egy galaxishalmazból az egész Világegyetemre, négy kémiai elemből pedig a többi 88-ra következtetni lehet, annyira az egész Világegyetem összetétele mindenütt ugyanolyan.

A hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemek a csillagok belsejében folyó magfúzió eredményeképpen jönnek létre. A Világegyetem kémiai összetételét megmérve a kutatók pontosabban meg akarják ismerni, hogyan, mikor és hol keletkeztek az egyes elemek.

Az elemek felépülésében és szétszórásában kulcsszerepük van a szupernóváknak, amelyeknek két típusa különböztethető meg. A nagyon nagy tömegű csillagok a magjuk összeomlása miatt válnak szupernóvává, ezek inkább a vasnál könnyebb nehéz elemeket szórják szét. A kisebb csillagok viszont fehér törpévé válnak, de ha van kísérőcsillaguk, akkor arról anyagot szívhatnak el, ami termonukleáris robbanást eredményez, ezek az Ia típusú szupernóvák. A még nehezebb elemek többnyire ezekből a szupernóvákból származnak. A Naprendszer átlagos kémiai összetételét például akkor kaphatjuk meg, ha minden öt összeomló magú szupernóvára egy Ia típusú robbanás jut. A Japán Űrügynökség (JAXA) egyik vendégkutatója éppen arra volt kíváncsi, hogy az univerzum anyagának kémiai összetétele másutt is hasonló-e a Naprendszerben megfigyelhetőhöz.

Meglepő módon ehhez nem a csillagok anyagát, hanem az intergalaktikus térben található anyagot vizsgálta, mert a Világegyetem anyagának jelentős része nem a csillagokban, hanem a galaxisok közötti teret kitöltő, nagyon forró, ritka, diffúz gázban található. Ez a gáz olyan forró, hogy röntgensugárzást bocsát ki. A legfényesebb röntgenforrások ezért éppen a galaxishalmazok. Kimutatása azonban nehéz, mert a röntgensugárzó gáz roppant ritka, ezért a sugárzás gyenge.

A JAXA röntgencsillagászati műholdja, a Szuzaku. (Fantáziakép: JAXA)

A JAXA Szuzaku (Suzaku) röntgencsillagászati műholdjával azonban heteken keresztül gyűjtötték az adatokat ehhez a vizsgálathoz. Első célpontjuk a Perseus-halmaz volt, ahol nagyon pontosan meg tudták mérni a galaxishalmazon belül a galaxisok közötti anyagban a vas eloszlását.

A további elemek gyakoriságának meghatározásához viszont alacsonyabb hőmérsékletű halmazokat kellett vizsgálni, mert azokban a nehezebb elemek emissziója viszonylag erősebb. Második célpontként a Virgo-halmazt választották, a legközelebbi, és a röntgenégbolt második legfényesebb halmazát. A Virgo-halmazban a JAXA és a Stanford Egyetem kutatói már nemcsak a vas, hanem első ízben a magnézium, a szilícium és a kén jelenlétét is ki tudták mutatni.

A Szuzaku mérései szerint a Világegyetem kémiai összetétele a Naptól a galaxishalmazok nagyságrendjéig minden léptékben nagyjából ugyanolyan. (Kép: JAXA)

Megállapították, hogy a négy elem aránya az egész Virgo-halmazban állandó, és nagyjából megfelel a Nap és a Tejútrendszer más csillagai színképében kimutatható elemarányoknak. A galaxishalmazok rendkívül nagy mérete miatt feltételezik, hogy az ott talált elemarányok a Világegyetem egészére is jellemzőek. A Szuzaku mérései azt is igazolják, hogy az anyag a Világegyetemben jól elkeveredett, vagyis a kémiai összetétel a Nap méretétől a galaxishalmazok léptékéig mindenütt ugyanakkora. Előfordulhatnak kisebb, némileg eltérő kémiai összetételű szigetek, de nagy léptékben mindenütt a saját környezetünkben ismert elemeloszlást találjuk.