Milliárdnyi szupernóvakohóból származik a kozmikus vas

Gigantikus kozmikus tűzijáték vezetett a Perzeusz-galaxishalmaz nehézelemtartalmának kialakulásához.

A megfigyelések szerint a galaxisok csillagai által szintetizált fémek (hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemek) jelentős része a galaxisokat körülvevő forró, híg, röntgenben sugárzó intergalaktikus térben található. A forró, röntgentartományban megfigyelhető intergalaktikus anyag eredetére kétféle elmélet létezett: ha a fémek (bármely, a héliumnál nehezebb elem) korán, a galaxishalmaz kialakulása előtt kerültek a galaxisok közötti térbe, akkor egyenletesen kellett elkeveredniük. Ha a feldúsulás később jött létre, akkor a fémeloszlásnak láthatóan csomósnak, inhomogénnek kell lennie. Ebben az esetben a fémek a galaxishalmazban megfigyelhető nagy térbeli szerkezeteket, valamint maguknak a galaxisoknak az eloszlását követnék.

A kérdés eldöntéséhez amerikai és japán kutatók azt vizsgálták, hogy a nehézelemek hogyan oszlanak el a galaxisok közötti térben a gravitációsan kötött galaxishalmazokban. Ehhez a mintegy 200 galaxist tartalmazó Perzeusz-galaxishalmazt figyelték meg a japán Suzaku röntgenűrtávcsővel (2. ábra) 2009 és 2011 között, összesen 84 alkalommal.

A csillagászok spektroszkópiai módszerhez folyamodtak, a vas röntgentartományba eső emissziós vonalait vizsgálták a galaxishalmaz körüli koncentrikus gyűrűkben. Ennek segítségével a fémtartalom eloszlását elemezték a halmaz középpontjától mért távolság függvényében, feltételezve, hogy a vas eloszlását a többi fém eloszlása is követi. Azt találták, hogy a fémtartalom meglepően egyenletesen oszlik el az intergalaktikus térben, az adatok a Naphoz viszonyított 0,306±0,012 érték körül szórtak a halmaz közepétől a külső pereméig. A megfigyelés egyértelműen azt az elképzelést támogatja, hogy a feldúsulás még a Perzeusz-halmaz kialakulása előtt végbement, több mint 10 milliárd évvel ezelőtt. Ekkor a mostaninál sokkal nagyobb volt a csillagkeletkezés üteme, valamint a galaxisokban található központi fekete lyukak aktivitása is. Ezen kozmikus események egyesített energiája elegendő volt ahhoz, hogy a vas kidobódjon a galaxisokból, és beépüljön az intergalaktikus gázanyagba.

A nehézelemek többsége a számítások szerint Ia típusú szupernóvákból kellett, hogy származzon. A vasnak a megfigyelésekből levezetett tömegére mintegy 50 milliárd naptömeg adódott. Ezt a hatalmasnak tűnő számot érdemes összevetni saját Tejútrendszerünk tömegével, ami kb. 1000 milliárd naptömeget tesz ki. A kutatók szerint azonban a megfigyelt elemgyakorisághoz így is legalább 40 milliárd Ia típusú szupernóva felrobbanása kellett! Ha hozzávetőlegesen 1 milliárd év állt rendelkezésre a folyamathoz, akkor már a nem is olyan meglepő évi 40 szupernóva jön ki a teljes galaxishalmazra.

Az eredmény az intergalaktikus tér fémtartalma feldúsulásának részletein kívül arra is rávilágít, hogy Napunk, illetve a nehézelemekben gazdag csillagok létrejöttét milyen elképesztő mennyiségű szupernóva-robbanás előzhette meg. Habár a Nap és bolygónk fémtartalmát akár 1-2 közeli szupernóva is létrehozhatta, a mostani eredmény azt mutatja, hogy valószínűleg sokkal nagyobb kozmikus tűzijáték készítette elő a terepet a Naprendszer születéséhez.