Szegedi Tudományegyetem

TUDÁSPORTÁL

A 10 milliárd dollárt érő James Webb-űrteleszkópra szegedi és szegedi kötődésű csillagászok is nyertek kutatási időt. Az eszköz 2022. július 11-én kezdte meg tudományos ciklusát, segítségével az SZTE TTIK Fizikai Intézet Asztrofizikai Kutatócsoportjának munkatársai csillagrobbanások nyomait kutatják majd.

Lázban tartja a tudományos világot az emberiség történelmének eddigi legfejlettebb űrtávcsővének üzembe állása, amelynek adataival való kutatásra a Szegedi Tudományegyetem is nyert pályázati időt. A James Webb-űrteleszkóp válaszokat adhat többek közt a galaxisok keletkezéseinek kérdéseire és az exobolygókutatás problémáira is; az űreszköz első, lenyűgöző fotóit nemrég közzétette a NASA.

A Hónap Alma Mater Tagja interjúsorozatban olyan egykori SZTE-s csillagászok szólalnak meg, akik részt vesznek a kutatásokban. Szalai Tamást a James Webb-hez fűzött reményekről, a csillagok haláláról és bolygókeletkezésben betöltött szerepükről kérdezte Kósa Boglárka, valamint arról, hogy miért állja meg a helyét tudományosan is az irodalomból jól ismert „mindannyian a csillagok gyermekei vagyunk” frázis.

- Általában véve milyen szerepet töltenek be az űrtávcsövek a csillagászatban? Mire használatosak, miben áll tudományos jelentőségük?

Az űrtávcsövekre való igény már igen korán, a második világháború után közvetlenül felmerült, ekkor kaptak szárnyra ugyanis az első olyan tanulmányok és javaslatok, amik a légkörön túlra szerettek volna megfigyelőeszközöket juttatni. Ez először az 1960-as években valósulhatott meg. Az utóbbi évtizedekben a már mindenki által jól ismert Hubble-űrtávcső, illetve néhány más eszköz működése is fényesen igazolta, hogy jó döntés volt az űrbe küldeni a teleszkópjainkat.

Mert miért is fontosak ezek az eszközök? A Föld felszínéről végzett csillagászati megfigyeléseknek vannak természetes korlátai – ilyen például az az egyszerű körülmény is, hogy ha felhős az ég. Vannak azonban ennél kevésbé szembetűnő akadályok: például, hogy a földi légkör a teljes sugárzási tartománynak, az ún. elektromágneses színképnek csak egy nagyon kis részét engedi át. Az élőlényeknek ez pozitívum, mivel a nagy energiájú sugárzások, mint mondjuk az ultraibolya, a röntgen, vagy a gammasugárzás, nem érik el a Föld felszínét, így nem is károsítanak bennünket. Csillagászati szempontból viszont veszteség, hiszen az Univerzum ezen hullámhosszú tartományaiban olyan lehetőségeket kínál, amiket a látható tartományban egyáltalán nem tudunk megfigyelni. Ilyen a hosszabb hullámhosszú infravörös tartomány is.

-A James Webb minden idők legnagyobb és legfejlettebb űrteleszkópja. Milyen eredményeket várhatunk tőle? Milyen új lehetőségei nyílhatnak meg általa az emberiségnek az űrkutatás területén?

Az, hogy a James Webb az eddigi legnagyobb űrtávcső, természetesen jelentős tényező, hiszen az átmérővel nem lineárisan, hanem négyzetesen nő az érzékenység is. A James Webb 6 és fél méteres tükörátmérője több mint kétszer nagyobb, mint a Hubble-űrtávcsőé, tehát itt egy óriási méretbeli növekedés történt, ami hatással van az érzékenységre is.

Fontosabb különbség azonban az, hogy az űrtávcső infravörös tartományban érzékel. Ebben a tartományban ugyanis olyan kérdésekre remélhetünk válaszokat, amik nem csak a csillagászokat tartják lázban, hanem a legtöbb embert is érdeklik.

Az első ilyen dolog, hogy ebben a tartományban végre más csillagok bolygóit is alaposabban tanulmányozni tudjuk majd. Ugyanis arra, hogy tényleg alaposan megfigyelhessük ezeket a planétákat – például, hogy mit tartalmaz a légkörük, van-e bennük oxigén –, eddig csak nagyon korlátozottan volt lehetőségünk. A James Webbnek köszönhetően ez a későbbiekben teljesen elképzelhető lesz.

Egy másik nagyon fontos terület a nagyon ősi, távoli galaxisok feltérképezése. A Világegyetemben minél távolabb nézünk, valójában annál régebbi múltra tekintünk vissza, a fénynek ugyanis időre van szüksége, hogy elérjen egyik pontból a másikra. Például a legelső felvételek közül, amiket nyilvánosságra hoztak az űrtávcső működéséből, van egy olyan kép, amin tőlünk 4 és fél milliárd fényévnyire lévő galaxisok láthatók. Ez azt jelenti, hogy ezen galaxisokból azokból az időkből indult el a fény irányunkba, amikor a Föld is kialakult. Ez önmagában is lenyűgöző dolog, de ennél még jóval távolabbi, akár 10 milliárd fényévnyire lévő galaxisokat is tanulmányozhatunk a James Webb-űrtávcsővel.

 A leginkább kulcsfontosságú eredmény ide kapcsolódva az lenne, ha a legeslegelső galaxisokat is láthatnánk. Az eddigi eszközeinkkel is sok galaxist érzékeltünk már, és láttuk például, hogy egyáltalán nem egyenletesen töltik ki a teret, hanem buborékszerű alakzatokban. Arról viszont, hogy ez pontosan hogyan alakult ki így, még nem nagyon tudunk semmit. Most szeretnénk azokat a pillanatokat meglátni, amelyekben a legelső galaxisok létre jöttek, és elkezdtek struktúrákba összeállni. Azt sem tudjuk például, hogy miért van az, hogy gyakorlatilag az összes ismert nagyobb galaxis közepén ül egy hatalmas, több millió vagy milliárd naptömegű fekete lyuk. Látjuk, hogy ott vannak, de fogalmunk sincs, hogy hogyan és miért jöttek létre. Szükség volt-e például rájuk a galaxis kialakulásához, vagy esetleg a galaxis volt előbb? E kérdések megválaszolásában is segítségünkre lehet az űrtávcső.

Végül pedig a James Webb infravörös tartománya nagy jelentőséggel bírhat a porfelhőkön való átlátás képessége miatt  is. Vannak ugyanis olyan részei a világűrnek, ahová azért nem látunk be az eszközeinkkel, mert nagyon sűrű gáz és por takarja el előlünk azokat. Az infravörös tartomány egy részében azonban keresztül tudunk nézni rajtuk, így pedig beleláthatunk most születő csillagok, bolygórendszerek formálódásába, porral övezett régiókba – ilyen például a saját Galaxisunk középső vidéke is. Tehát a harmadik nagyon fontos dolog, hogy ezentúl képesek leszünk átlátni a poron, illetve az összetételét kicsit jobban megismerni.

- Mi a helyzet az exobolygókkal? Mekkora esély van arra, hogy találhatunk más, életre alkalmas planétákat?

A kutatók egy része igencsak bízik ebben. A probléma az, hogy még a James Webb-űrtávcső sem elég nagy vagy érzékeny ahhoz, hogy a fotóin közvetlenül megjelenjen például, hogy egy bolygónak vannak-e óceánjai vagy kontinensei. Erre még egy ekkora és ennyire érzékeny eszköz sem elegendő. Viszont itt jön be a másik nagy erőssége az űrtávcsőnek: a színképelemzési módszer, aminek segítségével a bolygók légkörének összetételét egészen pontosan meg tudja állapítani.

Illetve vannak olyan elképzelések is – ezt science fiction könyvekben és filmekben régóta pedzegetik – hogy az óriásbolygók is izgalmasak lehetnek, hiszen nagyméretű holdjaikon elméletben szintén kialakulhatnak az élethez alkalmas körülmények.

- A Szegedi Tudományegyetem is nyert pályázatot a JWST adataival való munkára. Hogyan néz ki ez a munkafolyamat, és mit fognak vizsgálni pontosan?

A munkafolyamat egy része már két-három éve elkezdődött, ugyanis a James Webb mérési ideje pályázható volt, a nemzetközi kutatói közösség ötleteket nyújthatott be, hogy konkrétan hova nézzen, milyen jellegű méréseket végezzen az eszköz. Az első körös pályázati terveket 2020 őszén kellett leadni.

A Szegedi Tudományegyetemen már két évtizede folyik a csillagrobbanásoknak – azaz tulajdonképpen a csillaghaláloknak – a vizsgálata, Vinkó József professzor úr volt az, aki megalapította ezt a kutatási irányt. Én már jó pár éve, doktori tanulmányaim kezdete óta foglalkozom azzal, hogy az infravörös tartományban vizsgálódva  milyen izgalmakat kínálnak ezek a csillagpusztulások. Nagyon érdekes, hogy egy csillag halála nem tisztán destruktív folyamat, hiszen sok új dolgot eredményez – nagy számban keletkeznek például nehéz kémiai elemek, melyeknek létrejöttéhez pont olyan nagy energia befektetése szükséges, mint egy csillag felrobbanása.

Ezek az anyagok aztán szétszóródnak a környező térben, így pedig alkotóelemeivé válnak a környező, újonnan születő bolygóknak és csillagoknak. A mi kutatásaink arra irányulnak, hogy ezen robbanások során nem csupán kémiai elemek, hanem bizonyos, nagyobb porszemcsék is keletkeznek, amik a James Webb által feldolgozható infravörös tartományban kiválóan vizsgálhatók.

Ezek a „porgyárak” tehát forrásai, alkotóelemei lehetnek a ma ismert bolygóknak és élő szervezeteknek?

Igen – ha úgy nézzük, a Föld is régi csillagok anyagaiból épült fel, és ugyanez igaz a saját szervezetünkre is. Hiszen a testünk is tartalmaz olyan alkotókat, amik nem alakultak át semmi mássá, tehát tulajdonképpen őrizzük az ősi csillagok halálaikor keletkezett elemeket. Ebben az értelemben véve a „csillagok gyermekei vagyunk” irodalmi hasonlat is helytálló lehet.

Mi abban bízunk, hogy olyan eredményeket sikerül majd elérni a következő hónapokban, amelyek nem csak a szakmai, hanem a nagyobb közönségnek is felkeltik a figyelmét. Erre még várni kell egy darabig, hiszen a mi méréseink többsége jövő tavasszal valósul meg. De természetesen nem unatkozunk, mivel tervezett elemzések komoly előkészületeket igényelnek  – addig is gondolkozhatunk és fejleszthetjük a modelljeinket, hogy teljesen felkészülten várhassuk az adatok megérkezését.

A témában interjút olvashatnak még Gáspár Andrással, illetve Apai Dániellel.

Szöveg: Kósa Boglárka

Nyitókép: Pexels.com