2014.02.25. - Negyedmilliárd év: a Nagy Magellán-felhő forgása

A Hubble-űrteleszkóp ultrapontos méréseinek köszönhetően egy kutatócsoportnak egyedi csillagok mozgásának elemzésével sikerült meghatározni a Nagy Magellán-felhő rotációs periódusát, ami 250 millió évnek adódott.

Roeland van der Marel (Space Telescope Science Institute) és Nitya Kallivayalil (University of Virginia) a Hubble-űrteleszkóp WFC3 (Wide Field Camera 3) és ACF (Advanced Camera for Surveys) műszerei által egy hét éves periódus alatt gyűjtött adatok elemzésével a Nagy Magellán-felhő (LMC) több száz egyedi csillagának mozgását mérte meg, ez alapján pedig meghatározta a 170 ezer fényévre lévő kísérőgalaxisunk rotációs periódusát.

A Tejútrendszer kísérőgalaxisa, a Nagy Magellán-felhő tengelyforgási sebességének meghatározására egyedülálló lehetőséget biztosít a Hubble-űrtávcső kiváló felbontóképessége és műszereinek pontossága. Az eredmény csillagai sajátmozgásának elemzésével érhető el, de az előbbi feltételeken kívül a galaxis közelsége is kell hozzá. A csillagászok ezt a technikát már régóta használják közeli - tejútrendszerbeli - objektumok esetében, azonban ez az első eset, hogy egy extragalaxis csillagaira is sikerült alkalmazni. A galaxisok rotációs sebességének mérése tradicionálisan spektroszkópiai úton történik: a spirálgalaxis egyik részén található csillagok közelednek hozzánk, így az objektumok (integrált) színképvonalai a kék felé tolódnak el, míg az ellentétes részen lévők távolodnak tőlünk, így a spektrumvonalak a vörös felé tolódnak. Az eltolódás mértéke a sebességgel arányos, így az meghatározható. A kétfajta módon nyert adatok kiegészítik egymást, hiszen a spektroszkópiai mérések radiális, míg a sajátmozgáson alapulók tangenciális sebesség-komponenseket szolgáltatnak, a kettőből pedig már előállítható a térbeli sebesség.

van der Marel szerint tangenciális méréseik segítségével először vált lehetővé, hogy detektáljuk egy galaxis forgásának az égbolt érintősíkjára eső vetületét. Az adatelemzést vezető Kallivayalil ezt azzal egészítette ki, hogy az egyedi csillagok mozgásának követésével jobban feltérképezhetjük a lapult galaxisok belső szerkezetét, de a rotációs sebesség ismeretében megbecsülhetjük a galaxisok tömegét, és a kialakulásukról is pontosabb képet alkothatunk. van der Marel magyarázata szerint a mérés természetesen nem lett volna kivitelezhető a Hubble rendkívüli felbontóképessége, képalkotásának szinte hihetetlen stabilitása és a 24 éves működése alatt szerzett tapasztalatok nélkül. Az űrtávcső képességeit a következő hasonlattal érzékeltette: ha a HST-vel egy Holdon álló embert fényképeznénk, akkor pontossága elegendő lenne ahhoz, hogy meghatározzuk az illető hajszálainak növekedési ütemét!

Az illusztráció a Nagy Magellán-felhő látszó méretét érzékelteti a teliholdéhoz képest. A földi felvétel kontrasztját úgy módosították, hogy az LMC külső, szabad szemmel egyébként nem érzékelhető részei is láthatóvá váljanak. A mesterséges horizont hozzáadása a perspektívát szolgálja. A vörös nyilak néhány LMC-beli csillag következő 7 millió évre előrejelzett mozgását mutatják. A csillagok Hubble által mért néhány év alatti elmozdulása milliószor kisebb a nyilak méreténél. Az eredmények szerint az LMC rotációs periódusa körülbelül 250 millió év.
[NASA, ESA, A. Feild and Z. Levay (STScI), Y. Beletsky (Las Campanas Observatory), and R. van der Marel (STScI)]

A méréseket a mintegy 20 telihold átmérőjű Nagy Magellán-felhő korongjának 22 mezőjében végezték. Az LMC több tucatnyi csillagán kívül mindegyikbe esett egy kvazár is. Ezek a nagyon távoli és nagy luminozitású objektumok referencia-pontként szolgáltak a jóval közelebbi LMC-csillagok pozícióinak folyamatos méréséhez, ezen keresztül pedig a tangenciális sebességeik meghatározásához. Jelen munka tulajdonképpen betetőzése egy hosszabb projektnek, melyben van der Marel és munkatársai más kutatócsoportokkal együtt gyűjtöttek adatokat az LMC rotációs sebességének meghatározásához. Maga van der Marel 2002-ben kezdte a munkát, amikor részletes - a Hubble-adatok által most meg is erősített - előrejelzést adott arról, hogy milyennek kell a forgásnak lennie. A Tejútrendszer hasonló módon történő felmérése azért problémás, mert benne vagyunk. A Nagy Magellán-felhőt azonban teljes egészében kívülről látjuk, így mozgásviszonyainak és szerkezetének feltérképezése sokkal könnyebb - ami persze csak relatív, a feladat egyáltalán nem egyszerű. Az LMC közelsége okán a csillagfejlődésre és a csillagpopulációkra vonatkozó elméletek ellenőrzésének is kiváló laboratóriuma.

A Nagy Magellán-felhő - azon kívül, hogy forog a tengelye körül - a Tejútrendszer körül is kering. Ugyanezen kutatócsoport, szintén a Hubble adatai alapján, egy megelőző munkájában már kimutatta, hogy ez a keringés gyorsabban zajlik, mint azt korábban gondolták. Ez pedig hatással lehet arra, hogy a szomszédos galaxisok a múltban hányszor közelíthették meg egymást a mainál nagyobb mértékben és kerülhettek szorosabb kölcsönhatásba. A csoport tervezi az LMC kisebb testvérének, a Kis Magellán-felhőnek (SMC) hasonló felmérését is a vonatkozó Hubble-adatokat felhasználva, hogy ezáltal még teljesebb képet kapjunk Tejútrendszerünk és kísérőinek kölcsönhatásairól.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• STScI-2014-11