Lendületesek: Mészáros Szabolcs

Mészáros Szabolcs, az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium tudományos főmunkatársa Lendület-pályázatának célja a Tejútrendszer kémiai összetételének feltárása és ezáltal galaxisunk és a benne található kémiai elemek kialakulásának megértése. A tejútrendszer feltérképezését a Sloan digitális égboltfelmérő programban (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) való részvétel révén fogják elvégezni. Az SDSS-en belül a Tejutat feltérképező Milky Way Mapper program két nagy felbontású spektrográfot használ, amelyeket két obszervatóriumban helyeztek el az északi, illetve a déli félgömbön.

Ezek a spektrográfok 2025 végéig közel 6 millió csillag nagy felbontású színképét fogják felvenni.

A csillagok színképeinek felhasználásával pedig a csillagászok képesek meghatározni a kémiai összetételüket.

Mészáros Szabolcs physics.etle.hu

Pillantás a Tejút másik oldalára

„Ezek a nagy felbontású spektrumok a közeli infravörös tartományban készülnek. E hullámhossztartomány nagy előnye az optikai megfigyelésekhez képest az, hogy a segítségével átláthatunk a Tejútrendszerben található por- és gázfelhők nagy részén – magyarázza Mészáros Szabolcs. – Az infravörös tartományban ugyanis a csillagközi fényelnyelés csupán a hatoda az optikai tartományban jellemzőnek. Így a Tejútrendszer korongjának a központtól távol eső részeit is feltérképezhetjük, sőt átláthatunk a Tejút szemközti felébe is.”

A Gaia égboltfelmérő program által észlelt 1.7 milliárd csillag térképe Fotó: ESA

Ez az optikai égboltfelmérő rendszerekkel nem lehetséges, hiszen a por- és gázfelhők kitakarják a mögöttük lévő csillagokat. Az infravörös tartományban való észlelés azonban gyakorlatilag a teljes galaxis feltérképezésére alkalmas. De hogyan határozható meg a csillagok kémiai összetétele a színképük alapján? Az égboltfelmérő programban két teleszkóp felvételeit használják: az új-mexikói Apache Point Obszervatóriuméit és a chilei Las Campanas Obszervatóriuméit. Mindkét teleszkópra ugyanolyan spektrográfokat (ikerspektrográfokat) szereltek, amelyek biztosítják, hogy az északi és a déli égboltról is ugyanolyan részletességű képeket készítsenek.

Ezután a csillagok spektrumának abszorpciós vonalait ráillesztik egy elméleti csillagspektrumra, amelyet a magyar csillagászok már korábban kiszámoltak. Mészáros Szabolcs az elmúlt tíz évben többek között ennek az adatbázisnak a létrehozásával is foglalkozott. A spektrum abszorpciós (vagy elnyelési) vonalai úgy keletkeznek, hogy a csillag atomjai bizonyos hullámhosszú fotonokat elnyelnek, és ezek hullámhossza függ az adott atom tulajdonságaitól. Ezen abszorpciós vonalak vizsgálata tehát lehetővé teszi, hogy meghatározzák a csillag kémiai összetételét, sőt bizonyos fizikai paraméterei (például a felszínén ható nehézségi gyorsulás vagy a hőmérséklet) is mérhetővé válnak.„Ezáltal megmérhetjük a szén, oxigén, nitrogén, magnézium, alumínium, szilícium és vas csillagokra jellemző gyakoriságát” – folytatja a csillagász.

Egymillió dollár helyett munkával fizetnek

Az SDSS adatainak értéke tehát felbecsülhetetlen a csillagászat számára. Éppen ezért szinte minden csillagász szeretne hozzájutni ezekhez az adatokhoz, de ez csak keveseknek adatik meg. A legtöbb egyetemnek így is egymillió dollár körüli díjat kell fizetni értük, de a programban részt lehet venni úgy is, hogy a csillagászok a munkájukkal fizetnek az adatokért.

A Sloan programban több mint ezer csillagász dolgozik a világ minden tájáról. Mészáros Szabolcs olyan együttműködés révén vesz részt a programban, amely ingyenes hozzáférést biztosít neki és legalább egy PhD-hallgatónak a digitális égboltfelmérő program nem nyilvános adataihoz. Cserébe a magyar csillagászok validáló munkát végeznek a programban, ellenőrzik a nyilvánosságra hozandó adatok helytállóságát.

„A Sloan digitális égboltfelmérő programon belül az egyik legfontosabb kérdés annak eldöntése, hogy a mért elemgyakoriságok mennyire pontosak, hiszen elsődlegesen ettől függ majd a készülő kémiai térkép pontossága is.

A most alakult Lendület-csoport fogja irányítani a Milky Way Mapper adatait validáló és kalibráló nemzetközi kutatócsoportot

– mondja Mészáros Szabolcs. – A kutatócsoportunk tesz majd javaslatot arra, hogy milyen feltételekkel tegye az SDSS ezeket az adatokat publikussá. Tulajdonképpen mi felelünk azért, hogy a program milyen adatokat tesz elérhetővé a világ összes csillagásza számára.”

A következő időszakban kétévente fog a program adatokat közzétenni, az első ilyen alkalom 2023 végén esedékes. A Lendület-csoport kutatói fogják tájékoztatni a világ csillagászait arról, hogy ezek az adatok hogyan keletkeztek, milyen paraméterek milyen feltételek mellett helytállók, és hogyan lehet őket a Tejútrendszer kialakulásának kutatásához felhasználni.

Hatmillió csillag a 200 milliárdból

A Sloan égboltfelmérő program most esedékes ötödik szakasza egy nagyságrenddel több csillagot fog észlelni, mint a korábbiak. Mészáros Szabolcs már az SDSS harmadik és negyedik fázisában is szerepet vállalt. Az egyik korábbi részprogram, az APOGEE tíz év alatt 600 ezer csillagról készített nagy felbontású spektrumot. Más optikai tartományban dolgozó programok ugyancsak 100–600 ezer csillagot térképeztek fel az utóbbi időben. A most kezdődő szakaszban viszont öt év alatt harmillió csillagról fognak spektrumot felvenni, és a korábbi programok során nem észlelt területeket is le fogják fedni. Gyakorlatilag

az égbolt minden négyzetfoknyi területén lesznek olyan csillagok, amelyekről spektrumokat készítenek.

Ez nem azt jelenti, hogy a Tejútrendszer minden csillagát felmérik majd, hiszen a célul kitűzött hatmilliós szám eltörpül a Tejútrendszerben lévő 200 milliárd csillaghoz viszonyítva. A Milky Way Mapper elsődleges célja azonban nem is az összes csillag feltérképezése, e program főként az életük végén járó vörös óriásokat vizsgálja. Ennek oka, hogy a vörös óriások nagyon fényesek (fényességük több százszorosa vagy több ezerszerese a mi Napunkénak), és távolról is láthatók.

A Milky Way Mapper (jobb oldal) közel tízszer annyi, 6 millió csillag kémiai összetételét fogja meghatározni, mint az előtte legnagyobb hasonló égboltfelmérő program az APOGEE (bal oldal) Fotó SDSS/MWM

A Lendület-pályázat jelentősége Mészáros Szabolcs szerint főképpen a fiatal kutatók bevonásában áll. „Az egyetemi hallgatók és a PhD-hallgatók e pályázatnak köszönhetően lehetőséget kapnak, hogy bekapcsolódhassanak egy nagy nemzetközi égboltfelmérő program munkájába.

A csillagok kémiai analízise a csillagászat olyan területe, amely eddig szinte érintetlen volt Magyarországon. A mi Lendület-kutatócsoportunk lesz az első az országban, amely célzottan e területtel foglalkozik

– mondja a kutatócsoport-vezető. – Ezért is szeretnénk nagy hangsúlyt fektetni arra, hogy a hallgatókat és a doktoranduszokat támogassuk, és megtanítsuk őket a nagy felbontású csillagászati spektrumok használatára és a csillagok kémiai analíziséhez szükséges módszerek alkalmazására. E fiatal kutatók a Sloan programon keresztül egyúttal nemzetközi tudományos együttműködésekbe is bekapcsolódhatnak majd.”