A Tejútrendszer kémiai térképe – Lendületes kutatók tárták fel galaxisunk történetét

A Tejútrendszer kialakulása évszázadok óta foglalkoztatja a csillagászokat. A választ ma már nemcsak távcsövekkel rögzített képek alapján, hanem a csillagok „kémiai ujjlenyomataiban” is keressük. A légkörükben található kémiai elemek arányai ugyanis elárulják, hogy mikor és milyen környezetben születtek. A Lendületes kutatócsoport célja, hogy soha nem látott részletességgel készítse el galaxisunk kémiai térképét, és az MWM nem publikus adatait felhasználva rekonstruálja a Tejútrendszer kémiai fejlődésének történetét. A magyar kutatók nemcsak az adatelemzésben, de a mérési módszerek fejlesztésében is vezető szerepet játszanak, az így nyert adatok pedig a következő években is számos felfedezés alapjául szolgálhatnak majd a Tejútrendszer múltjának feltérképezésétől kezdve a csillagok életciklusának pontosabb leírásáig.

Csillagfényből kémiai összetétel

A kutatók az MWM infravörös spektrográfja által készített színképeket használták, amely az észlelt csillagok fényét 1,5 és 1,7 mikron között színeire bontja, az így kapott színképekben látható elnyelési vonalak tanulmányozásával pedig képes meghatározni a légkörük hőmérsékletét, felszíni gravitációjukat, fémességüket és 21 kémiai elem gyakoriságát. Az SDSS 2025 nyarán közel egymillió csillag adatait hozta nyilvánosságra – köztük a Tejútrendszer vékony és vastag korongját, dudorát, halóját, valamint a kísérőgalaxisait alkotó csillagokat. A Mészáros Szabolcs vezette nemzetközi kutatócsoport feladata az MWM legelső adatközlésében szereplő közel

egymillió csillag adatainak minőségi vizsgálata és kalibrálása

volt, aminek eredményeit az Astronomical Journal szakfolyóiratban idén nyáron publikálták. Kutatócsoportjuk az adatközlés alkalmából készítette el az SDSS hivatalos YouTube-csatornája számára a Tejútrendszer kémiai összetételének vizualizációját, ebből látható egy képkocka az 1. ábrán. Az animáció az egymillió csillag átlagos fémtartalmát jeleníti meg. A fémekben gazdag csillagok olyan csillagközi felhőkből születtek, amelyeket már korábban több szupernóva szennyezett be vashoz hasonló nehéz elemekkel.

1. ábra: A Tejútrendszer kémiai összetételének vizualizációja a Milky Way Mapper által észlelt közel egymillió csillag adatainak felhasználásával. A vörös pontok a Napnál fémekben gazdagabb csillagokat mutatják, melyek főképp a Tejútrendszer korongjában helyezkednek el. Ezzel szemben galaxisunk külső régiói fémekben szegények (kék pontok). Forrás: https://www.youtube.com/watch?v=H5w2km_Cqho

Az ehhez hasonló tanulmányok kulcsfontosságúak a csillagok fizikai tulajdonságainak, fejlődési állapotának és a Tejútrendszer kémiai evolúciós történetének feltárásában. Azonban a nyers spektroszkópiai adatokból származtatott paraméterek modellfüggőek: a légkörmodellek, vonaladatbázisok és illesztési algoritmusok hibái szisztematikus eltéréseket okozhatnak, így kalibráció nélkül a különböző felmérések eredményei nem lennének alkalmasak elméleti modellekkel való összehasonlításra. Ezért a paramétereket általában független módszerekkel (pl. interferometria, asztroszeizmológia, fotometriai hőmérsékletskálák) meghatározott értékekkel és más nagy felmérések (pl. Gaia, GALAH, Gaia-ESO) adataival kell összehasonlítani, hogy a pontosságukat meg lehessen határozni. Az MWM pontossága példa nélküli; a csillagok felszíni hőmérsékletét 50–70 K, a kémiai elemek gyakoriságát pedig a legtöbb esetben 5-10%-os pontossággal tudta mérni, ami elengedhetetlen a Tejútrendszer kémiai fejlődésének modellezéséhez.

A Tejútrendszer kémiai összetételének térképe

A 2. ábra az MWM első adatközlésében szereplő csillagok pozícióját mutatja a Tejútrendszerben a fémtartalmuk szerint színezve. Jól látható, hogy a fémben gazdag csillagok galaxisunk korongjában és a központ felé helyezkednek el, míg a fémszegény csillagok főként a külső régiókat alkotják.

Ha a kémiai elemek gyakoriságát a fémtartalom szerint vizsgáljuk, akkor azt látjuk, hogy tejútrendszerbeli eloszlásukban két egymástól jól elkülönülő csoportot azonosíthatunk: a vastag korong csillagai több nehéz elemet (ún. α-elemeket) tartalmaznak, ami heves, korai csillagkeletkezésre utal; a vékony korong fiatalabb csillagai fémben gazdagabbak, de α-elem-tartalmuk (O, Mg, Si, S, Ca, Ti) alacsonyabb. A pontos kémiai elemgyakoriságok révén képesek voltak visszakövetni, mikor és milyen ütemben zajlott a csillagkeletkezés, és hogyan olvadt össze Tejútrendszerünk egy másik galaxissal.

2. ábra: A Tejútrendszer kémiai térképe. A Tejútrendszernek a Gaia űrtávcső adatain alapuló képére a csillagokat fémtartalmuk szerint színezve rajzolták. A vörössel jelölt csillagok nagyjából háromszor több fémet tartalmaznak, mint a Nap, a kékkel jelöltek pedig háromszor kevesebbet. Forrás: Mészáros et al. 2025, AJ, 170, 96

A kutatócsoportban az ELTE-ről Hegedűs Viola PhD-hallgató és Világos Blanka egyetemi hallgató végezte el a Tejútrendszer kémiai evolúciójának eddigi legrészletesebb modellezését az OMEGA+ nevű programot alkalmazva, ami lehetővé tette a csillagközi anyag összetételének időbeli nyomon követését. A modell alapja a „két behullás” elmélete volt, amely szerint a Tejútrendszert két nagy gázbeáramlási esemény alakította ki és formálta. Az első fázisban, mintegy 13 milliárd évvel ezelőtt, a kezdeti hatalmas intergalaktikus felhő összeomlása során viszonylag gyorsan alakult ki a vastag korong, amelynek csillagai gazdagok voltak az α-elemekben. A második fázisban, körülbelül 10 milliárd éve egy külső galaxissal való összeolvadása révén újabb gázbeáramlás zajlott le, ami elindította a vékony korong kialakulását. Ez a szakasz hosszabb ideig tartott, és ekkor a csillagok már több vasat tartalmaztak, amit főként Ia típusú szupernóvák termeltek.

Mivel az MWM közel egymillió csillagot észlelt, lehetővé vált a Tejútrendszer fejlődésének a központtól mért távolság szerinti vizsgálata is. A kutatócsoport kimutatta, hogy a második behullás időpontja és intenzitása a galaktocentrikus távolságtól függően változik: a külső régiókban korábban és hosszabb ideig zajlott, míg a belső régiókban gyorsabb és intenzívebb volt. Ez azt jelenti, hogy a másik galaxissal való összeolvadás a Tejútrendszer szélén kezdődött lassan, és a központi régiókban ment végbe a végső, már gyors összeolvadás. A modellezés során nemcsak a csillagok kémiai összetételét, hanem a csillagkeletkezési rátát, a szupernóva-robbanások számát és a gázbeáramlás ütemének jelenleg megfigyelt értékeit is sikeresen reprodukálták.

Modelljük segítségével a Tejútrendszer története soha nem látott részletességgel rajzolódik ki,

és ebben meghatározó szerepet játszik az ELTE csillagászhallgatóinak munkája.

Magyar hozzájárulás a világ élvonalában

Eredményeik nemcsak a Tejútrendszer múltját segítenek megérteni, de alapot nyújtanak más galaxisok fejlődésének vizsgálatához is. A kémiai térképek segítségével pontosabb képet kaphatunk arról, hogyan alakultak ki a csillagpopulációk, milyen szerepet játszottak a szupernóvák, és hogyan hatott az összeolvadás a csillagkeletkezésre. Az MWM adatainak validálása és kalibrálása nemcsak a Tejútrendszer történetét segít feltárni, hanem a csillagfejlődés és a bolygórendszerek kialakulásának megértéséhez is hozzájárul. Például a szén és a nitrogén elemgyakoriságából következtetni lehet a vörös óriások korára, ami kulcsfontosságú a galaktikus fejlődéstörténet felvázolásában. Az MTA–ELTE Lendület Tejútrendszer Kutatócsoport munkája úttörő példája annak, hogyan lehet a modern csillagászati adatbázisokat és szimulációs eszközöket ötvözni galaxisunk történetének feltárása érdekében.