Az űrből végzett asztrofizikai kísérleteké a jövő
Az idei fizikai Nobel-díjjal elismert kutatások gyökerei Einstein 1915-ben megalkotott általános relativitáselméletében találhatók. Az első kísérleti bizonyítékot a fekete lyukak létezésére indirekt módon szerezték 1963-ban, amikor Maarten Schmidt felfedezte az első kvazárt (kvázi csillagszerű objektum). A 20. század legelején kiszámolták, hogy mekkora lehet egy csillag legnagyobb fényessége, aminek a gravitáció még ellen tud tartani – ezt nevezték el Eddington Limitnek. Így derült ki a kvazárról, hogy nem lehet csillag, hiszen nagyobb volt a fényessége ennél a határértéknél. A tudósok ebből jöttek rá, hogy ez csak egy fekete lyuk lehet, ahova anyag hullik be, amely lelassulva sok energiát veszít és az mind kisugárzik. A brit Roger Penrose-nak azért ítélték oda idén a Nobel-díjat, mert 1965-ben megadta a fekete lyuk pontos leírását – mondta Frei Zsolt.
Ezt követően azt is megállapították, hogy kvazárokban, azaz a galaxisok magjában úgynevezett szupernehéz fekete lyukak találhatók. Ha összeütközik egy galaxis egy másikkal, akkor a magjukban lévő szupernehéz fekete lyukak is közel kerülnek egymáshoz, és azok is összeolvadnak, ettől pedig még nagyobbra nő a tömegük.
A feltételezések szerint a mi galaxisunk magjában is lehet ilyen szupernehéz fekete lyuk, amely körül csillagok keringhetnek, amit meg is figyeltek a tudósok. Egy jó évtized alatt kirajzolódtak a csillagok elnyúlt ellipszispályái, és mivel ezek a csillagok Kepler törvényei alapján keringenek a fekete lyuk körül, a kutatók ki tudták számolni, hogy milyen tömegű vonzócentrum van az ellipszis gyújtópontjában. Így jöttek rá, hogy
egy négymillió naptömegű fekete lyuknak kell lennie galaxisunk középpontjában.
A másik két idei díjazott, Reinhard Genzel és Andrea Ghez azért kapott Nobel-díjat, mert megtalálták galaxisunkban ezt a fekete lyukat.
A Genzel vezette kutatócsoport az ESO kutatási központja mellett, München külvárosában, Garchingban azt kutatja, hogyan mozognak a csillagok a galaxisunk központjában lévő szupernehéz fekete lyuk körül, amely ugyan nem látható, de az ellipszispályák kirajzolódnak a láthatatlan fekete lyuk körül – innen tudnak a létezéséről. A galaxis korongja mentén található rengeteg por elnyeli a fényt, így a tudósok csak infravörös fényben tudják megvizsgálni a fekete lyuk környékét.
A fekete lyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámok észlelésére tervezett új projektnek, a LISA-nak (Laser Interferometer Space Antenna) a csírája az, amiért idén a három csillagász Nobel-díjat kapott – hangsúlyozta Frei Zsolt, aki hazánkat képviseli az ESA (European Space Agency / Európai Űrügynökség) új kutatásában.
Az űrbe tervezett detektor a fekete lyukat és az abból származó gravitációs hullámokat fogja vizsgálni
a 2030-as évek elején. A detektor sokkal nagyobb lesz, mint a földi LIGO: 5 millió kilométer lesz a karhossza és a nagyobb hullámhosszú, szupernehéz fekete lyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámokat fogja majd fel.
A Nobel-díjat érő kutatások is megerősítették az Európai Űrügynökség elhatározását, miszerint csaknem 1000 millió euróval támogatja a LISA-projektet. Hazánk néhány éve már tagja az European Space Agency-nek, de az éves tagdíj felett még 10 millió euróval, vagyis az 1 milliárdos projekt körülbelül 1 százalékával hozzá kellene járuljon a csaknem 10 éves projekthez.
Az ELTE kutatói arra törekszenek, hogy összefogják a Nap körül keringő űrszondák részegységeinek gyártásában közreműködő magyar ipari partnereket. A tervek szerint a felsőoktatási intézmény Természettudományi Karon működő Fizikai Intézet asztrofizikusainak, a Földrajz- és Földtudományi Intézet csillagászainak, valamint az űrtudományi kutatócsoport összefogásával
még idén megalakul az ELTE Űrtudományi Centrum.
A asztrofizikusoknak az északi és a déli féltekéről is meg kell vizsgálni az eget, hogy lássák a teljes képet. Az északi féltekén Hawaii szigetén a legkiválóbbak a légköri viszonyok, ezért itt több távcső is található. A déli féltekén az Andok lábánál Chilében, az Atacama-sivatag közelében építették meg a European Southern Observatory-t. Mivel a Föld légköre szinte minden sugárzást elnyel és csak a rádiótartományban, valamint a látható fény tartományában engedi át a fényt, a Földre telepített távcsövek nem elegendők a részletes vizsgálatokhoz. Így a csillagászatban nagyon sok nyitott kérdés marad, amelyeket csak a légkör felett, űreszközökkel végzett mérésekkel tudnak megválaszolni.
A jövőben egyre fontosabbak lesznek azok az űreszközök, amelyek által a kísérletek az űrből végezhetők. A magyar űriparnak is fel kell készülnie arra, hogy az ilyen projektekben részt tudjon venni. Többek között
az ELTE kutatói segíthetnek meghatározni azokat a fizikai részegységeket, amelyeket magyar cégek tudnak megépíteni
például a LISA számára. Ha hazánk elkötelezi magát a LISA projekt finanszírozása mellett, az ELTE kutatói által szervezett nemzetközi konzultációnak köszönhetően a magyar cégek is bekapcsolódhatnak a hardveres gyártási folyamatokba.
Az ELTE tudósai számos olyan LISA részkutatásba be tudtak már kapcsolódni, amelyek által közvetlenül hozzá tudtak járulni a projekt számítási alapjaihoz és a LISA tervezéséhez. Másfél évtizeddel ezelőtt például Frei professzor az akkor még doktorandusz Kocsis Bencével kiszámolta, hogy két szupernehéz fekete lyuk tényleges összeolvadását mennyi idővel előre tudja jelezni a LISA, hiszen a fekete lyukak már akkor is gravitációs hullámokat bocsátanak ki, amikor egymás körül keringenek. Az ELTE fizikusai a szerint a LISA detektorai a tényleges összeolvadás előtt akár 10 nappal is érzékelni tudják a kibocsátott gravitációs hullámokat. A LISA segítségével tehát előre lokalizálni lehet a szupernehéz fekete lyukak összeolvadásának helyét, így a kutatóknak van ideje más optikai távcsöveket is a megfelelő irányba fordítani. Frei Zsolt egy másik doktorandusza, Lippai Zoltán pedig azt számolta ki, hogy szélsőséges esetben akár 1000 összeolvadáson is keresztülmehet egy szupermasszív fekete lyuk mire eléri az óriási, az akár egymilliárd naptömeget.
Nemcsak az összeolvadó fekete lyukakból származó gravitációs hullámot érzékeli a már működő, földön lévő LIGO, hanem neutroncsillagokból származó gravitációs hullámokat is, amelyek felvillanással járnak. A kutatók szeretnék normál optikai távcsövekkel is megfigyelni a fényjelenséggel járó összeolvadásokat, ezért ezek pontos lokalizációjához, a belőlük származó gamma sugárzás detektálásához az ELTE fizikusai jelenleg egy különleges mikroműhold (CubeSat) flottán, az úgynevezett CAMELOT műholdakon dolgoznak.
A mikroműholdakra szánt gamma-érzékelők tesztelése még ebben az évben megtörténik egy Soyuz és egy Falvcon 9 rakétán is.
A Budapesten épített 9 műholdat két-három éven belül tervezik pályára állítani.
Az egyenként 10*10*30 cm méretű műholdakra szerelt gamma-detektorok érzékelik majd a neutroncsillagok összeolvadásából származó felvillanásokat, ebből pedig kiszámítják a jel forrásának helyét, hogy a földi optikai távcsövek a megfelelő irányba fordulhassanak. A LIGO kollaborációban eddig is az ELTE kutatócsoportja volt a felelőse a források lokalizációjának az általuk összeállított galaxiskatalógus alapján. A műholdflotta viszont a források lokalizációját teljesen új és sokkal pontosabb módszerrel valósítja majd meg.
Forrás: ELTE TTK