Mi volt itt a Naprendszer előtt? – Nyertes ERC-pályázat az MTA CSFK-ban

A Naprendszer egy csillagközi molekulafelhő (a csillagok közötti teret kitöltő, igen ritka gáz és por) egyik összesűrűsödött anyagcsomójából jött létre, körülbelül 5 milliárd évvel ezelőtt. A Naprendszer ősanyagának összetételét, a benne megszületett égitestek típusait ennek a csillagközi felhőnek a jellemzői határozták meg.

Alapvető kérdés, hogy a Naprendszer tipikus vagy kivételes rendszer-e galaxisunkban. Noha jelenleg sorra fedezik fel az exobolygókat, még nem értjük pontosan, milyen környezet szükséges az életnek kedvező feltételeket nyújtó égitestek kialakulásához.

Az Európai Déli Obszervatórium felvétele a Barnard 86 jelű csillagközi molekulafelhőről. A Bok-globula nevű objektumok közé sorolt képződmény egy sűrű és sötét csillagközi felhő a Naptól kb. 400 fényévre, amelyben közel két naptömegnyi gáz és por található. Jelenleg közel stabil állapotban van, de egyszer ha zsugorodni kezd, nagyságrendileg 100 ezer év alatt csillaggá (és körülötte bolygókká) zuhanhat. Napunk is egy ilyen felhőben született, miután az különvált a környezetében lévő többi hasonló felhőnek az anyagától.

Ha megismerhetnénk a Nap keletkezési helyének és ősanyagának pontos jellemzőit, abból más bolygórendszerek fejlődésére és tulajdonságaira is következtethetnénk. Ezt kutatja Maria Lugaro olasz csillagász az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézetében. Lugaro nukleáris asztrofizikai kutatóprogramjával most egy ERC Consolidator Grantet nyert el.

ERC-grant Lendületből

Maria Lugaro 2014-ben nyert az Akadémia Lendület-pályázatán, ekkor érkezett Magyarországra Ausztráliából. Az MTA CSFK-ban megalapított kutatócsoportja az óriáscsillagok szerepét vizsgálja a kozmikus kémiai fejlődésben. Tevékenységének köszönhetően megerősödtek hazánkban a nukleáris asztrofizikai kutatások.

Munkája sikerét több Science- és egyéb rangos publikáció, egy a hazai szakembereket a nemzetközi élmezőnybe helyező, 2017-ben induló H2020 alapú COST pályázat, s legújabban a most már hivatalosan is bejelentett nyertes ERC Consolidator Grant pályázat fémjelzi. Lugaro szerint az ERC-pályázaton elért sikert a korábbi Lendület-pályázat alapozta meg.

Elszennyezett felhők

Maria Lugaro Fotó: mta.hu/ Szigeti Tamás

„A Nap korát már ismerjük, de azt még nem tudjuk, milyen idős volt az a csillagközi felhő, amelyben született. Kérdés az is, hogy mikor vált külön a Napot létrehozó felhő anyaga a környezetétől. Azt sem tudjuk még, hány és milyen csillaggal együtt keletkezett a mi Napunk” – mondta Maria Lugaro az mta.hu-nak. Mint elmondta, lendületes munkája során körvonalazódott számára, miként érdemes a fenti komplex kérdéskört megközelíteni, amelyhez nemzetközi szinten is alig mertek még hozzányúlni. A csillagokat létrehozó csillagközi molekulafelhők anyagát erősen befolyásolják a benne keletkező égitestek. Főleg a nagy tömegű és rövid életű csillagok „szennyezik be” (szupernóva-robbanások során) különféle kémiai elemekkel, közöttük radioaktív elemekkel is.

Amikor az ősi Nap nyersanyagául szolgáló anyagcsomó elkezdett zsugorodni a felhőben, és elvált a felhő környező anyagától, akkor dőlt el, hogy milyen anyagokból áll majd a Naprendszer, valamint hogy mennyi radioaktív hőforrás lesz az egyes bolygókban. A radioaktív anyagok meghatározó jelentőségűek: befolyásolják az égitestek hőfejlődését, a belsejükben lévő anyagok stabilitását, a cseppfolyós víz előfordulását, a vulkanizmus jellemzőit és számtalan további paramétert.

Nemzetközi mezőnyben is ütőképes csapat

A különféle csillagok más-más arányban hoznak létre és szórnak szét izotópokat a környezetükben. Ezek a Naprendszer születésének korából a meteoritokban maradtak vissza, és vizsgálhatóak ma is laboratóriumban – így 4,6 milliárd évnél kicsit korábbra is vissza tudunk menni az időben.

Az ősi környezet „ujjlenyomatának” tekinthető izotópok kikódolása azonban rendkívül összetett feladat, amihez pontos csillagfejlődési, asztrofizikai modellek szükségesek. Ez csak több tudományág képviselőinek összefogásával valósítható meg.

Lugaro elmondta: az ERC-projektben három nagy témakört kapcsolnak össze: a nukleáris fizikát (elemek keletkezése csillagokban), az asztrofizikát (a csillagközi anyag és a csillagkeletkezés jellemzői, valamint csillagpopulációk statisztikai vizsgálata), továbbá a kozmokémiát (az ősi anyag meghatározása meteoritok alapján). „E komplex témában sikerült nemzetközi szinten is figyelemre méltó programot kidolgoznunk” – mondta.

A lényeg a szintézis: a kutatást vezető tudós szakértelme, az MTA CSFK asztrofizikai és kozmokémiai háttere, valamint a debreceni MTA Atomki műszeres csapata együtt olyan gárdát alkot, amelyhez hasonló csak kevés van Európában. Az ország kisebb volta – a kisebb létszámú, ugyanakkor világszínvonalú munkát végző kutatógárda – ez esetben tudománystratégiailag előnyt jelent: a legtöbb erős kutatási potenciálú ország „túl nagy” ahhoz, hogy az egyes szakterületek között könnyen meginduljon a széles körű együttműködés. A programban természetesen nagy nemzetközi intézetek is részt vesznek, de az ismeretek összekapcsolása Magyarországon történik.

Kutatások új sebességfokozatban

Míg korábban csak két, maximum három izotópot vizsgáltak az ősi Naprendszer megismerése céljából, az új ERC-program keretében egyszerre 17 ilyen izotópot elemeznek majd – így már jóval pontosabban felmérhető a Naprendszer születése előtti időszak, meghatározható milyen égitestek szórták tele az ősi felhőt különböző elemekkel, és mikor vált külön és kezdett el zsugorodni a Naprendszer a nagy felhőn belül.

A kutatás egyben annak a nagy horderejű kérdésnek a megválaszolásában is segíthet, hogy mennyire tipikus a Naprendszer, és hogy milyen jellemzőket várhatunk más születő égitesteknél a környezetük függvényében. Kiderülhet, mennyire általánosak azok a radioaktív hőforrások, amelyek a Naprendszerben megolvasztották az ősi bolygócsírákat, és milyen csillaghalmazok kedveznek a miénkhez hasonló anyagú és radioaktivitás-történetű bolygórendszerek születésének.

Az ERC-program létrejöttét, azon belül az együttműködők összekapcsolását elősegítette az az Akadémia által támogatott nemzetközi konferencia is, amelyről nemrég az MTA honlapján is beszámoltunk.