Extragalaktikus csillagászat

Az extragalaktikus csillagászat a csillagászat tudományának azon ága, mely az univerzum Tejútrendszeren kívüli objektumaival foglalkozik. Manapság, a megfigyelési technika rohamos fejlődése révén az extragalaktikus csillagászat hivatott a világegyetem nagy léptékű szerkezetének felderítésére. Eredményei között szerepel nem csak a közeli galaxisok feltérképezése, hanem a galaxishalmazok és galaktikus szuperhalmazok térbeli elhelyezkedésének vizsgálata is. Az extragalaktikus csillagászat vizsgálódásának területe a Tejútrendszer peremétől a vörös határig terjed, mely az a legtávolabbi hely és legrégebbi állapot, ahonnan (illetve amilyen régről) bármilyen információ képes eljutni hozzánk.

Bár óriási távolságokról van szó, mégis nemcsak a hivatásos csillagászok foglalkozhatnak az extragalaktikus objektumokkal. Az amatőrcsillagászok távcsöveivel is számos – általuk – úgynevezett mélyégobjektumot figyelhetnek meg. Ezek közé sorolják a galaxisokat is. A felfedezés öröméből az elhivatott amatőrcsillagászok is kivehetik részüket, ha először pillantanak meg egy extragalaktikus szupernóvát. Szupernóvát galaxisban már magyar amatőrcsillagász is fedezett fel saját, mélyég objektumok megfigyelésére is alkalmas távcsövével.^[1]

Az extragalaktikus objektumok megfigyelésének rövid története

Az éjszakai égbolton a csillagokon kívül néhány halvány, elmosódott, nem csillagszerű jelenség is megfigyelhető, melyek azonban a csillagokhoz hasonlóan nem változtatják az égbolton elfoglalt helyüket. A város fényeitől távoli helyen szabad szemmel is megfigyelhető például az Androméda-köd (az Andromeda csillagképben), vagy az M33 galaxis (a Triangulum csillagképben). A déli félteke embere felfigyelhet a Kis és Nagy Magellán Ködre. Mindezeknek a ködszerű képződményeknek számbavétele a csillagászat viszonylag késői szakaszában kezdődött.

Az Andromeda csillagképet ábrázoló csillagtérkép

Bár az Androméda-ködről már a X. században élt Al-Szufi arab csillagász is írt, a legtöbb ilyen objektum felfedezéséhez várni kellett a távcső feltalálásáig, sőt száz évvel azután sem ismertek több ilyen objektumot, mint a középkor tudósai. Aki először listát készített az égi ködökről, az Charles Messier francia csillagász volt az 1770-es években. Katalógusában, a róla elnevezett Messier-katalógusban 103 objektumot sorolt fel (innen ered például az Androméda-köd M31 illetve a Triangulum-köd M33 kódszáma). Természetesen ezekről abban a korban egyáltalán nem lehetett tudni, hogy milyen távolságban vannak. Még a 19. század végén sem volt könnyű megkülönböztetni a Tejútrendszer csillaghalmazait és ködeit a feltehetően extragalaktikus képződményektől. A szisztematikus kutatást a Messier Katalógus hatására az Uránusz bolygó felfedezője, William Herschel kezdte el, majd ezt folytatta fia, John Herschel. 1864-ben tették közzé „A General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars” (Ködök és csillaghalmazok általános katalógusa) című munkájukat, a GC katalógust, mely már 5079 ilyen képződményt tartalmazott. Az 1888-tól 1908-ig terjedő időszakban Dreyer dán csillagász és munkatársai hozták létre a New General Catalogue (NGC-katalógus) gyűjteményt és ennek kiegészítéseit, az Index Katalógusokat (IC I. és IC II.). Mindeddig a kutatók nagyrészt távcsöves észlelésre támaszkodtak. A fototechnika elterjedése során vették észre, hogy a galaxisok száma jóval nagyobb annál, mint amennyit érdemes lenne katalógusba foglalni. Az 1930-as évekre már 12 000-re becsülték a számukat. Az 1960-as években már 800 000 extragalaxist tüntettek fel a fotókatalógusokban.

A tudomány számára az 1910-es, 1920-as években vált nyilvánvalóvá, hogy a mélyégobjektumok katalógusaiban szereplő ködök 90%-a nem galaktikus képződmény. A geometriai és fotometriai távolságmérési módszerek alkalmazása során kiderült, hogy a Tejútrendszer legtávolabbi csillagainál is messzebb elhelyezkedő objektumokról van szó. Ezt erősítette, hogy a fotólemezeken már a csillagködök belső szerkezetét is ki lehetett venni. Ekkor hozták létre az első morfológiai osztályozásokat. Máig elterjedt Edwin Hubble galaxisosztályozási módszere (Hubble-típusok). Itt kell megjegyezni, hogy a galaxisok spektroszkópiai vizsgálata fontos kozmológiai felfedezéseket eredményezett. Hubble és munkatársai 1931-ben arra a megállapításra jutottak, hogy a galaxisok távolsága egyenesen arányos a távolodási sebességükkel, sőt az univerzum minden extragalaktikus objektuma távolodik tőlünk, azaz a világegyetem tágul (Hubble-törvény).

Extragalaxisok

A következő táblázat a legközelebbi extragalaxisok adatait mutatja.

Csk: csillagkép; l^II, b^II galaktikus hosszúság és galaktikus szélesség fokokban (galaktikus koordináta-rendszer), R. A. és dec rektaszcenzió és deklináció (ekvatoriális koordináta-rendszer), r: távolság kiloparszekben, D: átmérő kiloparszekben, m: abszolút fényesség magnitúdóban, M: tömeg 10⁹ naptömegben

Galaxis neve	Katalógusszám	Csk	Típusa	l^II	b^II	R. A.	dec	Távolság	Átmérő	m_pg	M	Méret
Tejútrendszer	–	–	Sb	–	–	–	–	10	30	−20,5^m	100	–
SMC	NGC 292	Tuc	Ir I	303	−45	0^h 52,7^m	−72^o 50^m	50	6,3	−17,8^m	14	5^o x 3^o
LMC		Men	dSB			05^h 23^m	−69^o 45^m	1,7*10⁵fé		−17,4^m		10,75^o x 9,17^o
Androméda	NGC 224, M 31	And	Sb	121	−21	00^h 42^m	+41^o 16'	690	33	−16,2^m	2	180' x 63'
–	NGC 221, M 32	And	E 2	121	−22	00^h 42^m	+40^o 51'	690	0,7	−18,5^m	14	7,6' × 5,8'
–	NGC 205	And	E 5	121	−21	00^h 40^m	+41^o 41'	690	2,4	−15,9^m	8	22' x 11'
–	NGC 598, M 33	Tri	Sc	135	−21	01^h 33,9^m	+30^o 39'	720	14	−18,5^m	14	73' x 45'
–	NGC 6822, IC 4895	Sgr	Ir I	26	−32	19^h 44^m	−14^o 48'	480	2,3	−14,9^m	0,4	15,5' x 13,5'
–	NGC 147, DDO 3	Cas	dE5	120	−14	00^h 33^m	+38^o 30'	690	1,4	−14,2^m	1	13,2' x 8,1'
–	NGC 185	Cas	dE3	121	−14	00^h 38^m	+48^o 20'	690	1	−14,5^m	1	11' x 9,8'
–	IC 1613, DDO 8	Cet	Ir I	129	−60	01^h 5,1^m	+02^o 08'	720	3	−14,3^m	0,1	20' x 18,5'
Sculptor		Scl	E	284	−84	00^h 55,4^m	−34^o 14'	50	0,7	−9,8^m
Fornax	PCG 10093, A0237	For	dE2	237	−65	02^h 39,9^m	−34^o 32'	110	1,6	−11,3^m
Lupus		Lup	E5	74	−73			500	1,5	−12,7^m
Leo I	DDO 74, A1006	Leo	dE3	227	+49	10^h 8,5^m	+12^o 18'	260	0,6	−11,1^m		9,8' x 7,4'
Leo II	UGC 6253, DDO 93	Leo	dE0	227	+68	11^h 13,5^m	+22^o 10'	180	0,3	−8,7^m
–	IC 10	Cas	Sc	119	−3	+00^h 20,4^m	+59^o 18'					5' x 4'
–	IC 342	Cam	SBcd	139	+10	03^h 46,8^m	+68^o 06'					17,8'
–	NGC 6946, UGC 11597	Cep	SBc	97	+11	20^h 34^m	+60^o 0,9'	800	2	−17^m		11' x 9,8'
Leo III, Leo A		Leo	Ir	187	+54
Sextans A		Sex	Ir	246	+40				6300fé
Sextans C		Sex	E						4000fé
Ursa Maior		UMa	E
Pegasus		Peg	E
Draco		Dra	dE			17^h 19,4^m	+57^o 58'	70	0,3
Ursa Minor		UMi	dE			15^h 08,2^m	+67^o 18'	50	0,3
–	NGC 300	Sce	SAcd	299	−80	00^h 54^m	−37^o 41'			−8^m

Az extragalaktikus csillagászat távolságmeghatározási módszerei

Az extragalaxisok távolságának meghatározására használt legfontosabb módszerek. (M_vis: a módszerben használt égitest abszolút vizuális fényessége, r_max: a módszerrel mérhető maximális távolság)

Módszer	Abszolút M_vis	r_max
RR Lyrae csillagok	+ 0,^m6	650 ezer
Gömbhalmazok legfényesebb csillagai	-2,^m8 -- -1^m9	3,3 millió
Klasszikus cefeidák	-7^m – -2^m	13 millió
Nóvák	-9^m – -6^m	65 millió
Legfényesebb (nem változó-) csillagok	- 9^m	65 millió
Gömbhalmazok	-10^m – -5^m	70 millió
H II területek átmérője	-	80 millió
Szupernóvák	-20^m – -15^m	több százmillió
Legfényesebb galaxisok egy galaxishalmazban	-22^m – -20^m	több milliárd

Primer módszerek

Olyan távolságmérési eljárások, amelyeket a Tejútrendszeren belül is alkalmaznak. Ezen eljárások közös alapelve olyan objektumok látszó fényességének vagy szögátmérőjének a meghatározása, amelyek abszolút fényessége vagy valódi nagysága ismert. Természetesen itt feltételezzük, hogy a világegyetem vizsgálandó területén az említett égitestek mindenhol ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkeznek.

RR Lyrae csillagok

Legfényesebb szuperóriások

Gömbhalmazok

H II területek

Nóvák

Szupernóvák

Cefeida-parallaxis (a Cefeida változócsillagok periódus-fényesség relációja alapján). A cefeidák fényességváltozását elsőként Henrietta Swan Leavitt figyelte meg 1912-ben. Az 1910-es években Harlow Shapley szisztematikus módszerrel meghatározta a periódus-fényesség reláció nullpontját, és ezzel egy új távolságmeghatározási módszerhez, a cefeida-parallaxishoz jutott. Ezzel a módszerrel nem csak a Tejútrendszeren belüli objektumok, hanem az extragalaxisok távolsága is meghatározható lett.

A fényességváltozás periódusából kiszámítható a csillag abszolút fényessége. A reláció függ a populációtól R. P. Kraft eredménye szerint:

M_pg = – 1,^m80 – 1,^m74 * logP

és

M_pg = – 0,^m35 – 1,^m75 * logP

az első ill. a második populációs cefeidák esetén. M_pg a fotografikus magnitúdót, P pedig a fényességváltozás mért periódusát jelöli. Az utóbbi összefüggés azonban csak a második populációs, -2^m – nál fényesebb cefeidákra érvényes.

Szekunder módszerek

Háromszögelés (geometriai módszer). Ezt a módszert alkalmazta Arisztarkhosz a Nap és a Hold távolságának becsléséhez.

Trigonometrikus-parallaxis (1818, Bessel). Ez a módszer csak a kb. 300 fényéven belüli csillagok távolságának meghatározására alkalmas.

Statisztikus-parallaxis

Doppler-effektus (az égitestek színképének vöröseltolódásásból). Shapley mutatott rá először, hogy a spirálködök (spirálgalaxisok) színképvonalai a laboratóriumi értékhez képest a hosszabb hullámhosszak, azaz a vörös felé eltolódtak. Ezt az ún. vöröseltolódás jelenséget 1919-ben C. Doppler a galaxisok távolodása miatt fellépő effektusként értelmezte; felállította a Hubble-törvényt: a galaxisok a távolságukkal egyenes arányban távolodnak tőlünk.

Galaxispárok és galaxiscsoportok

Csillagászati megfigyeléseink bizonyítják, hogy galaxisok között szorosabb fizikai kapcsolat is kialakulhat egy adott galaxishalmazon belül. Erre elsősorban a galaxisok színképéből következtetnek (multiobjektum-spektrográfia). A megfigyeléseknél komoly problémát jelent a valódi és vetületi párok megkülönböztetése.

A Galaxiscsoportot alkot a Tejútrendszer a Kis Magellán-felhővel (SMC) és a Nagy Magellán-felhővel (LMC). Tipikus csoport még az M31 (Androméda-köd), M32 és az M110 Messier-objektumok. Az alábbi táblázat az utóbbi csoport fizikai tulajdonságait adja meg:

	M 31	M 32	M 110
M_phg	A	B	C
Szögnagyság	4,6	9,4	9,7
Galaxis típusa	Sb	E2	SG0

m: magnitúdó, m(phg): fotografikus magnitúdó. A szögnagyság ívpercben van kifejezve, a galaxis típusa a Hubble-féle osztályozás alapján van megadva.

A galaxiscsoportok kutatása a csillagászat egy kevésbé fejlett területe, amely még számtalan megválaszolatlan kérdést tartogat a csillagászok számára:

A fizikai párok tagjainak abszolút fényessége, színe, alakja, mérete eltér-e a különálló galaxisokétól?
Van-e kapcsolat az egybetartozó galaxisok abszolút fényessége, színe, alakja, mérete között?
Rendszerezettek-e a párok (például impulzusnyomatékuk szempontjából)? Egyenletesen helyezkednek-e el?
Van-e összefüggés a rendszer tömege és a galaxisok morfológiai típusai között?

Galaxishalmazok

A galaxisok halmazokba tömörülnek, amelyek akár több, mint ezer galaxist is tartalmazhatnak. Emiatt egyes galaxishalmazok össztömege elérheti a 10·10¹⁵ naptömeget, átmérőjük pedig a 3·10⁷ fényévet. A csillagászati megfigyelések arra utalnak, hogy a galaxisok túlnyomó része halmazokban található. A legismertebb halmazok:

A halmaz, B halmaz, Bootes, Centaur, Coma, Corona Borealis, Hercules, Hydra, Leo, Perseus, Pisces, Ursa Maior I, Ursa Maior II, Virgo

A Virgo-halmaz környékén feltűnően sok galaxis található. Ebből arra következtethetünk, hogy a galaxisok szuperhalmazokat alkotnak. Tejútrendszerünk e szuperhalmaz szélén, a Virgo-halmaz pedig a közepe táján helyezkedik el. A Virgo szuperhalmaz – aminek átmérője meghaladja az 1,5·10¹⁰ fényévet – galaxisai 50-200 milliárd év alatt kerülik meg egyszer a középpontját. A szuperhalmazokon túlmenően úgy tűnik, hogy a galaxisok egy buborékszerű képződményben helyezkednek el, térbeli eloszlásuk tehát nem egyenletes.

A magyar csillagászképzésben szereplő extragalaktikus témájú észlelési programok

A galaxisok általános jellemzői és osztályozása
A galaxisok térbeli eloszlása
Galaxishalmazok
Elliptikus galaxisok és öblök
Galaxiskorongok. S0 galaxisok
Küllős spirálgalaxisok
Spirálgalaxisok
Intenzív csillagképződés galaxisokban. Im és pekuliáris galaxisok
A galaxisok kölcsönhatása
Aktív elliptikus galaxisok
Észlelő kozmológia

Jegyzetek

↑ „Meteor”, Budapest XXIX. (6.), 3-5.. o, Kiadó: MCSE. ISSN 0133-249X.

Források

Csillagászat. Szerk. Marik Miklós. Budapest: Akadémiai. 1989.

Külső hivatkozások

Magyar Tudomány, 2004/6 732. o. Frey Sándor; Az Univerzum, amelyben élünk – Extragalaktikus csillagászat
Észlelő csillagászat II. (Extragalaktikus csillagászat)
Jacqueline Mitton: Dictionary of astronomy
Hírek az extragalaktikus csillagászat világából

Kapcsolódó szócikkek

Csillagászatportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[1] „Meteor”, Budapest XXIX. (6.), 3-5.. o, Kiadó: MCSE. ISSN 0133-249X.

[1]