Androméda – A ködből a galaxisba

A galaxis szó a görög galaxias szóból származik, amely a Tejútra használt ókori görög kifejezés volt, amely a csillagok homályos sávja, amely az éjszakai égbolton látható azokon a területeken, ahol nincs túl nagy fényszennyezés. Ma a galaxis a világegyetemben szétszórt csillagok nagyon nagy csoportjainak általános megnevezése. A galaxisok teljes számának jelenlegi becslései 2×1011 és 2×1012 vagy még ennél is több között mozognak. E hatalmas számokkal szembesülve gyakran könnyű elfelejteni, hogy alig száz évvel ezelőtt még azt hittük, hogy a mi galaxisunk, a Tejútrendszer galaxisa az egész világegyetem. Ez 1925. január 1-jén változott meg, amikor H. N. Russell felolvasta Edwin Hubble tanulmányát az Amerikai Tudományfejlesztési Egyesület előtt, amely megállapította, hogy a spirálködök valójában különálló galaxisok. A csillagászat történetének az 1925-ös korszakalkotó tanulmányig vezető útja majdnem ezer évre nyúlik vissza, és a következőkben röviden felvázolok néhány fontos állomást ezen az úton, amelyek majdnem mind a legközelebbi galaktikus szomszédunkat, az Andromédát érintik.

A köd szó a latinból származik, és felhőt, ködöt, ködöt, füstöt, párát, kilégzést jelent, mint látható, a definíció meglehetősen ködös. A csillagászatban Ptolemaeus Mathēmatikē Syntaxisára, vagy ahogy közismertebb nevén Az Almagestre vezethető vissza. Ebben a nyugati csillagászat alapművében Ptolemaeus összesen hat csillagászati ködöt sorol fel, anélkül, hogy különösebb figyelmet szentelne nekik. Ptolemaeus összes ködképe valójában homályos csillaghalmaz volt, amely túl messze volt ahhoz, hogy szabad szemmel fel lehessen oldani. Az első, úgymond valódi ködöt, az Androméda-ködöt Abd al-Rahman al-Sufi perzsa csillagász, akit általában csak Al-Sufi néven emlegetnek, Kr. u. 964 körül jegyezte fel az állócsillagokról szóló könyvében (arabul: kitab suwar al-kawakib). Az Androméda-ködöt az arab Halak csillagkép szája előtti kis felhőként írja le és illusztrálja.

Al-Sufi rajza a Halak csillagképről, amelynek szája előtt az Androméda-köd van

A többi korai távcsöves megfigyelése mellett Galilei kimutatta, hogy a Ptolemaiosz-ködök a távcsövön keresztül nézve sok láthatatlan csillagra oszlanak fel. 1612-ben azonban Galilei távcsöves riválisa, Simon Marius volt az, aki először fordította távcsövét az Androméda-ködre, és látta, hogy az nem oszlik fel csillagokká, ha az ő távcsöves lencséjén keresztül nézzük. Marius a Mundus Iovialis című művében (1614) a következőképpen írta le a látottakat:

Ezek közül az első, hogy a távcsővel 1612. december 15-től felfedeztem és megfigyeltem egy bizonyos csodálatos alakú állócsillagot, amelyet nem találok az egész égbolton. Ez az Androméda övének harmadik és legészakibb pontja közelében van. A műszer nélkül ugyanez valamiféle kis felhőcskének látszik; a műszerrel pedig nem látszanak különálló csillagok, mint a Rákban lévő ködös csillagban és más ködös csillagokban, hanem inkább csak fehér sugarak, amelyek minél közelebb vannak a középponthoz, annál fényesebbek; a középpontban tompa és halvány fény van; az átmérője pedig körülbelül negyed fok. Körülbelül ugyanilyen ragyogás jelenik meg, ha egy fényes gyertyát egy tiszta lámpáson keresztül nagy távolságból megfigyelünk.

A ködök kutatása először a XVIII. században a francia üstökösvadász, Charles Messier (1730-1817) munkásságával érlelődött meg. Annak érdekében, hogy az üstökösvadászok könnyebben meg tudják különböztetni a potenciális üstökös észleléseket az éjszakai égbolt más homályos és ködös objektumaitól, Messier elkezdte összeállítani az összes ilyen objektum helyzetének és megjelenésének katalógusát, amelyet éjszakai őrködései során észlelt. Munkája, amelynek végleges változata 1781-ben jelent meg, és amely ma Messier-katalógus néven ismert, 110 Messier-objektum – az ő idejében ködök és csillaghalmazok – listáját tartalmazza. A Messier-objektumok közül ma már 39 galaxis, 5 planetáris köd, 7 más típusú köd és 55 csillaghalmaz ismert. Az Androméda-köd, amelynek felfedezését Messier, nem ismerve Al Sufi könyvét, tévesen Máriusznak tulajdonítja, az M31-es Messier-objektum.

Charles Messier, francia csillagász, 40 éves korában Forrás: Wikimedia Commons

Bár Messier katalógusát azért állította össze, hogy segítse az üstökösvadászokat a potenciális üstökösök megkülönböztetésében más halvány égi objektumoktól, általában az úgynevezett mélyég-csillagászat korai példájának tekintik; vagyis a Naprendszeren jóval kívül eső objektumok tanulmányozásának. A mélyég-csillagászatot először William Herschel gyakorolta szisztematikusan, aki nővérével, Caroline-nal együtt módszeresen, kvadránsról kvadránsra feltérképezte az égboltot, és 20 láb hosszú tükrös távcsövével feljegyezte az összes nem csillagszerű objektumot, amelyet talált. Caroline és ő három katalógusban 2400 ködöt jegyeztek fel.

William és Caroline Herschel egy távcső lencséjét fényesítik, 1896 Lithograph. Forrás: Herschel Herschel Heshel: Wellcome Collection via Wikimedia Commons

Az általuk rögzített objektumokat nyolc osztályba sorolták: (I) fényes ködök, (II) halvány ködök, (III) nagyon halvány ködök, (IV) planetáris ködök, (V) nagyon nagy ködök, (VI) nagyon tömör és gazdag csillaghalmazok, (VII) kis és nagy csillagok tömör halmazai és (VIII) durván elszórt csillaghalmazok. A fia, majd később John Dreyer által kibővített Herschel-katalógus 1888-ban a 7840 mélyég-objektumot tartalmazó Új Általános Katalógus (NGC) lett. Az NGC számozását a mai napig használják a benne szereplő objektumok többségénél. 1785-ben Herschel egy halvány vöröses árnyalatot figyelt meg az Androméda magterületén. Úgy vélte, hogy az Androméda a legközelebbi a nagy ködök közül.

1750-ben Thomas Wright (1711-1786) angol csillagász publikálta An Original Theory on New Hypothesis of the Universe című művét, amelyben elsőként írta le helyesen a Tejútrendszer galaxisának alakját. Azt is feltételezte, hogy a halvány ködök valójában távoli galaxisok. Nagyon éleslátó gondolatai azonban spekulációk maradtak, amelyeket nem tudott igazolni.

Thomas Wright 1737-ben Forrás: Thomas Wright:

Illusztráció a csillagcsoportokról, az An original theory or new hypothesis of the Universe, plate XVII-ból Forrás: Wikimedia Commons: Wikimedia Commons

Érdekes, hogy spekulációit Immanuel Kant (1724-1804) német filozófus is átvette és továbbfejlesztette névtelenül megjelent Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (Egyetemes természettörténet és az ég elmélete) című művében (1755). Abban az időben sem Wright, sem Kant elméletei nem kaptak nagy hitelt, de utólag mindkettőjüket dicsérik éleslátásukért.

Kant Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels című művének címlapja Forrás: Wright: Wright: Wikimedia Commons

1850-ben William Parsons a XIX. században épített legnagyobb tükrös távcsővel, a parsonstowni Leviatánnal először tudta azonosítani az Androméda-köd spirális szerkezetét. Ez csak egy volt a spirális ködök, valójában galaxisok sorából, amelyeket azonosítani tudott.

A XIX. század legnagyobb távcsöve, a Leviathan of Parsonstown. Forrás: Parsonstrasonsonstown.com: Wikimedia Commons

1864-ben William Huggins, a csillagspektroszkópia egyik úttörője észrevette, hogy az Androméda spektruma eltér egy gázködétől. A Huggins által megfigyelt spektrum ugyanazokat a jellemzőket mutatta, mint az egyes csillagok spektruma, amiből arra következtetett, hogy az Androméda valójában csillagszerű.

Sir William Huggins, by John Collier Forrás: John Collier: Wikimedia Commons

Az Al Sufi első, kis felhőről szóló feljegyzésétől már messzire jutottunk. 1887-ben Isaac Roberts, aki úgy gondolta, hogy a spirálködök kialakulóban lévő naprendszerek, elkészítette az Andromédáról az első fényképet.

Isaac Roberts képe az Andromédában lévő Nagy Ködről Forrás: Wikimedia Commons

Vesto Slipher amerikai csillagász 1912-ben spektroszkópiával megmérte az Androméda forgási sebességét, amely 300 kilométer per másodperc volt az eddig mért legnagyobb sebesség.

V.M. Slipher, 1901-től 1954-ig a Lowell Obszervatórium csillagásza. Forrás: Slipher: Wikimedia Commons

1917-ben Heber Curtis megfigyelt egy nóvát az Andromédában, és további tizenegyet fedezett fel a fényképfelvételeken. Ezek átlagosan tíz nagyságrenddel gyengébbek voltak, mint az égbolton megfigyelt többi. Ezen adatok alapján az Androméda távolságát 500 000 fényévre becsülte. Curtis most felvetette a szigetegyetem-hipotézist, vagyis azt, hogy a spirálködök valójában független galaxisok.”

Heber Doust Curtis pózol a Crossley-teleszkóp előtt. Forrás: Curtis Custley: Wikimedia Commons

1920. április 26-án Heber Curtis és Harlow Shapley a Smithsonian Természettudományi Múzeumban megtartotta az úgynevezett nagy vitát a spirálködök természetéről. Curtis azzal érvelt, hogy ezek távoli, önálló galaxisok, Shapley pedig azzal, hogy sokkal kisebbek és sokkal közelebb vannak, és így a Tejútrendszer galaxisán belül vannak, ami az egész univerzumot jelenti. Ez a vita emelte a kérdést a csillagászat elsőbbségi kérdésévé.

Portré Harlow Shapelyről Forrás: Harlow Shapely: Wikimedia Commons

1922-ben Ernst Öpik a csillagok sebességének segítségével mérte meg az Androméda távolságát. Becslése 1,500,00 fényév volt.

Ernst Julius Öpik Forrás: Wikimedia Commons

Amint a bevezető bekezdésben említettem, Edwin Hubble végleg elintézte az anyagot, amikor a Cepheid változócsillagok segítségével megmérte az Androméda távolságát, és meggyőzően bizonyította, hogy az Androméda nem egy köd a Tejútrendszeren belül, hanem egy különálló galaxis. Ezzel az eredménnyel megszületett a galaktikus csillagászat kora.

Studio Portrait of Edwin Powell Hubble. Fotográfus: Johan Hagemeyer Forrás: L: Wikimedia Commons

A távolságok cefidák segítségével történő meghatározásának módszerét Henrietta Swan Leavitt, a Harvard egyik számítógépe dolgozta ki, 1908-ban a Magellán-felhőkben található változócsillagok ezreit vizsgálva; eredményeit 1912-ben publikálta.

Henrietta Swan Leavitt az íróasztalánál dolgozik a Harvard College Csillagvizsgálójában Forrás: Wikimedia Commons

Egy korai fénykép a “Pickering-háremről”, mint a Harvard csillagász Edward Charles Pickering által összegyűjtött női csoportról, akiket “számítógépeinek” neveztek. A csoporthoz tartozott Leavitt, Annie Jump Cannon, Williamina Fleming és Antonia Maury. Source: Wikimedia Commons

Az Androméda történelmi útjának története Al Sufi ködétől Curtis galaxisáig nagyon szépen illusztrálja, hogyan növekszik a tudományos tudás az idők során, és ehhez a növekedéshez közvetlenül és közvetve különböző érdeklődésű és motivációjú kutatók generációi járulnak hozzá.

A bejegyzés módosítása 2018. január 11