Új Szó - Vasárnap, 1978. július-december (31. évfolyam, 27-52. szám)
1978-09-24 / 39. szám
> TUDOMÁNYI TECHNIKA A világűr „porszívói 39 A csillagos égboltot szemlél- gető ember olykor azokon a szédítő távolságokon is elgondolkodik, amelyek bolygónkat elválasztják az apró ékszereknek tűnő égitestektől. Természetesen a laikusok is tisztában vannak azzal, hogy ezek a parányi pontok Földünktől több ezerszer, olykor több millió- szőr nagyobb napóriások, amelyek elképzelhetetlenül nagy energiát sugároznak ki az űrbe. Az azonban kevésbé ismert tény, hogy a csillagoknak is meghatározott élettartamuk van, amely különböző szakaszokra osztható fel. A csillagok óriási méretű, tömegű és hőmérsékletű gáztömbök, amelyek igen hosszú ideig, általában több milliárd évig sugározzák ki energiájukat a világűrbe. Mivel a csillagok mélyén nagy nyomás és hőmérséklet uralkodik, olyan fizikai körülmények állnak fenn (plazmaállapot), amelyek lehetővé teszik a folyamatos termonukleáris fúzió lejátszódását. A kisugárzással bekövetkező hatalmas energiaveszteség ellenére ennek köszönhetően marad akár évmilliárdokig stabil a csillag alapvető összetétele, szerkezete, mérete. Azonban a termonukleáris folyamat sem kimeríthetetlen, ezért amint fogyóban van a csillag fűtőanyaga, előtérbe kerül egy újfajta energiaforrás — a gravitáció —, amivel a csillag életének új szakaszába lép: ezután már a zsugorodásából keletkezik a kisugárzásra kerülő energia. A gravitációs energiatermelés oda vezet, hogy csillagászati méretekben nagyon rövid idő — néhány ezer év — alatt megbomlik az évmilliókig fennállott egyensúlyi állapot. A mi Napunkba hasonló tömegű csillagok több változócsillagállapoton átmenve igen nagy sűrűségű fehér törpévé alakulnak, amelyek körülbelül 15 000 °K felszíni hőmérséklettel, kis energiatermeléssel nagyon hosszú ideig élhetnek tovább, miközben fényük teljesen elhalványul. A Napunknál nagyobb tömegű csillagok esetében a gravitációs erő olyan értékeket s az összeomlás olyan méreteket ér el, hogy a csillag órák, percek alatt összeroppan. Ennek eredményeképpen létrejön a természet egyik leglátványosabb je- lensége, a szupernóva robbanás. A robbanás folyamán létrejön az eredetinél sokkal kisebb, de még mindig csaknem naptömegű objektum, a neutroncsillag. Nevét onnan kapta, hogy a kis átmérőjű (általában csak 10— 20 km átmérőjű!) csillag anyagának atomjai olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy az elektronok és a protonok neutronokká, valamint egyéb elemi részecskékké alakulnak, olvadnak össze. A csillag kis átmérője miatt anyagának sűrűsége szinte elképzelhetetlenül nagy, egy gombostűfejnyi (1 mm3) térfogatú anyag tömege elérheti a tízmillió tonna értéket! Sokkal érdekesebb és izgalmasabb a legalább hússzoros naptömegü csillagok összeomlásának sorsa. Amikor a termonukleáris folyamatok keltette belső nyomás kisebb lesz a gravitációs erőnél, elkezdődik a csillag összeomlási folyamata. A zsugorodás hamarosan elérkezik ahhoz a ponthoz, amikor a gravitációs erő egyeduralkodóvá válik, a magerőket is legyőzi, az atommagokat és az elektronokat iszonyú erővel sajtolja egymásba. Egyidejűleg a környezetre is hat az óriási gravitációs erőtér: a csillagok vonzáskörébe kerülő minden testet, bolygót, kozmikus részecskét óriási porszívó módján magába szippantja. Mivel a fény is anyagi természetű, a fotonokra is hat a gravitációs erőtér. A csillag minden ráeső fénysugarat elnyel, sőt saját fénysuga rait is visszahúzza. Amikor a csillag fénye nem tud már szabadulni saját erőteréből, emiatt egy helyben lebeg, vagy visszahull saját felszínére, kialakult a fekete tyuk. Áz egy helyben lebegő fény határa jelöli ki az eseményhorizontot. Mivel a fekete lyukba kibocsájtott fény a csillagról nem tér vissza (innen az elnevezése is: égitest úgy viselkedik, mintha helyén egy fekete lyuk alakult volna ki), közvetlenül nem figyelhető meg. A fekete lyukak létezését elsőként Pierre Laplace feltété lezte 1798-ban kiadott művében. Szerinte „Egy fénylő csillag, amelynek sűrűsége akkora, mint a Földé és átmérője 250-szere- se a Napénak, vonzása folytán egyetlen sugarát sem engedné hozzánk eljutni... Ez ok miatt a világmindenség legnagyobb testei talán láthatatlanok számunkra.“ Laplace a Newton-féle tömegvonzási törvényekre alapozta feltevését, amely szerint a Földdel azonos átlagsűrűségű, de rendkívül nagy térfogatú égitestből is lehet fekete lyuk, vagy pedig nagyon kis térfogatú, de nagy tömegű anyagból. Fejtegetése szerint akár az atomi világban is előfordulhatnak fekete lyukak. Newton tömegvonzási törvénye azonban az ilyen erős gravitációjú tereket pontatlanul írja le. Nemcsak a klasszikus fizika, de a modern fizika alapja, Einstein általános relativitáselmélete is feltételezi a fekete lyukak létezését. Abból a tényből kiindulva, hogy az anyag tömegvonzása letéríti a fénysugarakat, az elmélet feltételezi, hogy szükségszerűen létezniük kell fekete lyukaknak. A gravitációs fényelhajlás pedig csillagászati megfigyelésekkel bizonyított tény. Az elméleti fizikusok jóslásának eredményeképpen a csillagászok lázas igyekezettel kezdték keresni az égbolton a fekete lyukakat. Legegyszerűbb az olyan fekete lyuk létezésének bizonyítása, amely kettős csillag egyik tagjaként vált azzá, mivel párjának viselkedéséből következtetni lehet jelenlétére. Az első közvetlen bizonyítékot 1973 májusában sikerült a londoni University College kutatóinak nyerniük a Copernicus nevű mesterséges holdon elhelyezett műszereik segítségével. A Hattyú csillagkép XR-1 röntgencsillaga sugárzási energiájának ingadozásaiból sikerült meghatározni és bemérni a csillag párját, amely fekete lyuk (behatárolni azt a térrészt, amelyben a fekete lyuk magához szippantja a ráirányított sugárzást). A fekete lyuk klasszikus értelmezése szerint azzal, hogy minden anyagi részecskét, tehát fény- és hőenergiát is fogságában tart, egyáltalán nem veszít energiájából. Stephen Hawking angol matematikus mutatott rá először, hogy az eseményhorizont területe minden ismert folyamatban növekszik, tehát az egységes fizikai világkép megőrzésének értelmében ennek érvényesnek kell lennie a fekete lyukakra is. Ez azonban azt jelentené, hogy a furcsa égitest mégsem tart meg magában minden energiát. Laplace azon fel- tételezéséből kiindulva, hogy ha léteznek néhány millió tonna tömegű fekete lyukak, akkor azoknak atomnyi nagyságrendűnek kell lenniük, arra a következtetésre jutott, hogy ezek leírásához a kvantumelméletet lehet felhasználni. Számításai során azt a meglepő eredményt kapta, hogy a parányi lyukak a forró fekete testekhez hasonlóan hősugárzást bocsátanak ki. A következő felfedezés Roger Penrose nevéhez fűződik, aki felismerte, hogy a fekelo lyukak forgási energiája sajátos módon hasznosítható. Ha egy bomlékony részecskét küldünk a lyuk közepébe, a visszatérő bomlástermékek összenergiája nagyobb lesz a befektetett energiánál, miközben a lyuk energiája csökken. A számítások szerint a lyuk átmérője a hőmérséklettel fordítottan arányos, tehát a kis fekete lyukak hőmérséklete nagyon magas, míg a nagyok na gyón hidegek és gyakorlatilag nem bocsátanak ki hősugárzást. Ebből lényegében az is következik, hogy a nagyméretű lyukak stabilak, míg a kicsik hősugárzás állandó kibocsájtásu mellett folyamatosan zsugorodnak egészen addig, amíg el nem érik egy atom átmérőjét, amikor is hatalmas robbanással szétesnek, a felszabaduló óriási ener gia szétszóródik a világűrben. A szétlövellt röntgen- és gammasugarakat jól észlelhetik a mesterséges holdak műszerei. Mivel a mini fekete lyukak lé tezéséről még nincsenek közvetlen bizonyítékaink, az elméleti fizikusok számára nagy jelentőségű lenne, ha az űrhajókon elhelyezett műszereknek sikerülne kimutatni a mini lyukak bomlási termékeit. A fekete lyukak fizikája korunk egyik legizgalmasabb kutatási területe, amelynek legfőbb jelentősége abban rejlik, hogy gyarapodó eredményeivel egyre közelebb visz a modern fizika két különálló területének, az általános relativitáselmélet és a kvantumfizika jövendő egybehangolására. A legújabb hírek szerint ez év tavaszán Roger Penrose megtalálta a gravitáció kvantumát, a tisztort. Felfedezése lehetővé teszi fizikai világképünk pontosabbá tételét, a modern fizika két fő ágazatának régvárt harmóniáját csakúgy, mint a fekete lyukak eddig rejtélyes tulajdonságainak megértését. OZOGANY ERNŐ A neutroncsillag óriásmágnese Egy léggömbszondával a magasba juttatott röntgenspektrométer meghökkentő információt továbbított a Földre 42 kilométeres magasságból: fi Herkules X-l kettős csillagrendszer neutroncsillagának mágneses térereje elérheti a 4,6xl08 teslát, vagyis Í0'3-szor erősebb, mint a Föld mágneses tere. A világegyelem röntgensugárzását csak az elnyelő földi légkörön túl lehet megfigyelni. Erre a célra bocsátott fel egy nyugatnémet kulatőcsoport léggömbbel egy szcintillációs spektroszkóprendszert Texas államban. A négyórás megfigyelési időszak alatt meghökkentő spektrumot regisztráltak és a rendkívüli intenzitást csak a nagyon erős mágneses térben létrejövő ciklotronsugárzással lehet magyarázni. A kutatók elképzelése szerint egy Napunkhoz hasonló (mintegy két és félszeres naptömegű) csillagból állandóan anyag áramlik a körülbelül hárommillió kilométernyi távolságban levő neutroncsillaghoz. A neutroncsillagoknak elméleti becslések szerint 166—109 tesla értékű mágneses terük van. A Napunkhoz hasonló csillag plazmája a gigantikus mágnestér miatt csak a pólusokon juthat be spirális pályán a neutroncsillagba. Ennek során az elektronok röntgensugárzást bocsátanak ki. A mérési adatok szerint a sugárzó zóna mindösz- sze egy kilométer átmérőjű. A kisugárzott teljesítmény viszont rendkívüli: 104-szer nagyobb, mint a mi Napunk teljes sugárzása. Az Arcturus megmérése Az Arcturus, a Medveőrző, a Bootes csillagkép legfényesebb csillaga akkor válik láthatóvá a megfigyelők számára, amikor az elméleti csillagászok már nyugovóra térnek. Ezután már nyugodtan hajthatják álomra a fejüket, mert a megfigyelő-észlelő csillagászok megoldották az Arcturusszal kapcsolatos fogas problémájukat. A legújabb megfigyelések ugyanis arra vallottak, hogy az Arcturus tömé ge meghökkentően kicsiny, talán a negyede a mi Napunk tömegének, ami az elmélet szerint nem elegendő ahhoz, hogy a Tejútrendszer eddigi életkorán belül az Arcturus vörös óriás csillaggá válhatott volna. Talán az Arcturusnak rejtelmes módon elveszett volna a tömege, vagy pedig a csillagfejlődésnek az az elmélete, amely szerint a hidrogénkészletét felemésztő csillag vörös óriássá válik, rossz lett volna? Amerikai tudósok legújabbban újra megmérték az Arcturus tömegét és úgy találták, hogy minden rendben van. A színkép jellegzetességeiből, és az Arcturus feltételezett 4250 Kelvin-fokos hőmérsékletéből a kutatók kiszámították, hogy az Arcturusnak 27-szer nagyobb az átmérője a Napénál (az interferomé- teres mérési eredmények szerint 28-szor nagyobb a Nap átmérőjénél a tőlünk 35,5 fényévnyire levő csillag). A gravitációs mérések szerint az Arcturus tömege 1,1 Naptömeg, vagyis az elméleti csillagászok feltételezett csillagfejlődési modellje teljesen korrekt. Ezért iehát biztosak lehetünk benne, hogy ötmilliárd év múlva a mi Napunk is hasonlít majd az Arcturusra. // //a Az Uranus (fekete) gyűrűi Az utóbbi évek egyik legérdekesebb csillagászati felfedezése a legalább öt vékony-keskeny gyűrű kimutatása az Uranus bolygó körül. A hawaii egyetem csillagászai a Mauna Kea obszervatórium 224 centiméteres távcsövével, elektronikus képerősítővel és interferencia-szűrővel megpróbáltak eddig isme rétién halvány belső Uranus- holdakat keresni a színképnek abban a tartományában, ahol a korong egészen sötét. A mérésekből kiderült, hogy a gyűrűk sugárzásvisszaverő képessége kisebb öt százaléknál, vagyis valójában feketék. Nagyon eltérnek a Saturnus gyűrűitől, amelyek a beeső napsugárzásnak 90 százalékát visszaverik és vízjéggel vannak bevonva. Az uranus gyűrűi tehát csupasz sötét részecskékből állnak, az Oberon és a Titania Uranus holdak felszínéhez hasonlóan. A kis sugárvísszaverés^ (albedo) nagyon nehézzé teszi az Urá- nusz-gyűrűk megpillantását, lefényképezését. + • U| A Tejútrendszer ,megvilágításban A müncheni Max-Planck csil- lngfizikai intézet kutatói a minap olyan újfajta égi atlaszt A Csehszlovák Tudományos Akadémia ftepíi Atomfizikai Intézetében az elmúlt évben helyezték üzembe az új U—120 M izochrón ciklotront, amelyet a Dubnái Közös Atomenergetikai Kutatóintézetben fejlesztettek ki. Ez a speciális gyorsító egyedülálló a maiga nemében a szocialista országokban, s az intézetben az atommagvak szerkezetének vizsgálatára, orvostudományi célokra gyártott radioizotópok készítésére és más tudományos és műszaki kutatási célokra szolgál. A felvételen Miroslav Kropáéek és Jaroslav Krouhlík tudományos dolgozók egy mérési feladatot készítenek elő a ciklotron vezérlőpultjánál és jelzőberendezésénél (A CSTK felvétele) tettek közzé, amely a nagy energiájú gamma sugarak „fényében“ mutatja csillagvárosunkat, a Tejútrendszert. Az újfajta atlasz összeállításához a Cos-B jelzésű kutatóműhold adatait használták fel. Tízéves előkészítő munka után a Cos-B jelzésű mesterséges holdat 1975 augusztusában vezérelték föld körüli pályára, hogy megkezdje a vizsgálatokat a világ az idő tájt egyetlen gammatávcsövével. A Cos-B egyebek között eddig 15 pontszerű gammasugárforrást fedezett fel az universumban. Legalább négy közülük pulzár, a többi sugárforrás természete azonban még teljességgel felderítetlen. Míg a fényt a Nap és a csillagok mintegy hatezer fokos felületi hőmérsékletű izzó gázgömbje bocsátja ki, a gamma- sugárzás úgy keletkezik, hogy nagy energiájú elemi részecskék roncsolják szét a csillagközi gázok atommagjait. Mai ismereteink szerint a pulzárok kiégett csillagok „tetemei“, amelyek azonban meghökkentően aktívak. A csillagfizikusok még keveset mernek mondani a Tejútrendszerben felfedezett gammacsillagokról. Most azt próbálják felderíteni, hogy ezek a pontszerű gamma- sugárforrások nem világítanak- e pulzárként az elektromágneses hullámok más tartományaiban. A Max-Planch intézet százméteres rádiótávcsövével most ezeket a pontszerű gammasugárforrásokat tanulmányozzák. (delta) 1978. IX. 24. ÚJ SZÚ
