– Három hónapon belül három Nobel-díjast láttunk vendégül, akik közül néhány héten belül kettő fizikailag is itt járt Budapesten – mondta Szabó Róbert, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet vezetője, akivel ebből az alkalomból beszélgettünk az intézetben folyó kutatásokról, amik a csillagászat, a bolygókutatás és az asztrofizika legizgalmasabb kérdéseit próbálják megválaszolni.

„Amikor igazgató lettem 2019-ben, megfogalmaztam azt, hogy szeretnék egy Konkoly Nobel-programot elindítani, ami pontosan azt célozza, hogy minél több neves tudóst hozzunk Budapestre” – mondta Szabó, aminek eddigi sikeressége szerinte a hazai csillagászati kutatások nemzetközi elismertségét is jelzi. Adam Riess áprilisi, valamint Didier Queloz májusi látogatásának egyik legfontosabb eredménye szerinte az volt, hogy fiatal kutatókat tudtak inspirálni, akik közvetlen beszélgetések során Nobel-díjasoktól hallhattak a tudomány frontvonalainak kérdéseiről és kaphattak tanácsokat saját karrierjükhöz.

Az intézet Szabó szerint más kutatóhelyekhez hasonlóan az elmúlt hónapokban megérezte az energiaválság és az infláció hatásait is, de ösztöndíjprogramjuk révén továbbra is igyekeznek jelentős erőforrásokat fordítani egyetemi hallgatók tehetséggondozására, valamint az ismeretterjesztésre, amiben a Magyar Csillagászati Egyesülettel és más hazai amatőrcsillagász szervezetekkel is együttműködnek.

Az intézet alapításakor csillagok fényességmérésére specializálódott – részben szükségszerűségből, mert a szűkös anyagi helyzetben ez viszonylag egyszerű eszközökkel és kisebb távcsövekkel is kivitelezhető volt. Ma már fotólemezek helyett modern digitális képrögzítőkkel zajlanak a megfigyelések, de az nem változott, hogy a kutatók hosszú távú megfigyeléseket készítenek egy adott objektumról, ami a Hubble vagy James Webb űrtávcsővel nem lehetséges. A csillagász szerint ezekből az évtizedes távlatokat felölelő úgynevezett idősoros fotometriás (time-domain astronomy) megfigyelésekből nagyon izgalmas dolgok jöhetnek ki, amit Magyarországon az intézet korábbi igazgatója, Detre László ismert fel. Erre példa a lengyel OGLE csillagászati program, ami gravitációs mikrolencsézéssel barna törpéket és fekete lyukakat keres 30 éven át gyűjtött adatokban.

Vannak olyan csillagok, amiknek felfényesedését és elhalványodását elsősorban kitágulásuk vagy összehúzódásuk okozza, ami történhet periodikusan, vagy annál bonyolultabban is, mondta Szabó. Ezeknek a változócsillagoknak a pulzációja a csillagok paramétereiről is árulkodik. Ma már a lenyűgöző érzékenységű űrtávcsöveknek hála tudjuk, hogy valamilyen okból lényegében minden csillag változtatja fényességét: pulzál, rezgéseket mutat, csillagfoltok vannak rajta, elhalad előtte egy bolygó, vagy éppen megszületik egy bolygórendszer körülötte. Erre jól példa, hogy korábban csak a Napon található csillagfoltokat tudtunk megfigyelni, amik a korongjának egymilliomod részét fedik el, és ekkora mértékű fényességváltozást is okoznak. Az új műszerek érzékenységének hála már más csillagok foltjainak kimutatása is lehetségessé vált. A csillagok rezgéseinek vizsgálatával pedig ahhoz hasonlóan, ahogy a geofizikusok a földrengésekkel feltérképezik a Föld belső szerkezetét, a csillagok belsejének szerkezetébe is bepillantást nyerhetünk, immár nem csak a Nap esetén, magyarázta a kutató.

„Most a megfigyelési technológia előrébb jár, legalább egy-két lépéssel, mint maga a modellezés, és az elméleti munkában kellene erősítenünk, hogy utolérjük magunkat” – mondta Szabó a változócsillagok megértését célzó erőfeszítésekről. A kutató szerint a csillagok szerkezetének felderítésében paradox módon a nukleáris fegyverek modellezésére kifejlesztett hidrodinamikai kódok segítettek – ezek úttörői olyan kutatók voltak, akik az amerikai nemzeti laboratóriumokban szabadidejükben csillagokat modelleztek. Ezután lelassult az előrehaladás, mert olyan turbulens folyadékáramlásokat kellene három dimenzióban modellezni, hogy a mostaninál nagyságrendekkel nagyobb számítási kapacitás sem lenne elegendő. A modellezés területén most a numerikus hidrodinamikai számítások élik reneszánszukat: többek között ilyenekkel is foglalkozik az intézetben Molnár László és az Egyesült Államokból érkezett, Marie Curie-ösztöndíjas Meridith Joyce.

Paradigmaváltást hozott a Kepler

Az, hogy egyre pontosabban tudjuk mérni csillagok fényességének változását, megágyazott az elmúlt évtizedek egyik legfontosabb tudományos forradalmának, több ezer Naprendszeren kívüli bolygó észlelésének. A májusban Budapesten járt Didier Queloz Nobel-díját az első, 51 Pegasi b exobolygó felfedezéséért kapta. Ezt akkor még radiális sebességméréssel tudták megtalálni, vagyis a csillag fényének a körülötte keringő bolygó által okozott rángásának vagy reflexmozgásának megfigyelésével.

Azóta a legtöbb exobolygót az újabb, fedési módszerrel azonosították, amihez Szabó szerint nagyon precíz űrbeli fényességmérésre van szükség. Ezt hozta be a Kepler űrtávcső, ami egyszerre több mint százezer csillag fényességváltozását monitorozta négy éven keresztül, szinte megszakítás nélkül. Ráadásul a műszerrel lenyűgöző, milliomod résznyi pontosságot lehetett elérni, ezerszer jobbat, mint a légkör által zavart földi távcsövekkel. „Ez olyan hatalmas ugrás, hogy hihetetlen sok új jelenséget sikerült felfedezni, nemcsak 5000 exobolygót, vagy a Kepler által legalább 3500-at, hanem mindent látok, ami a csillagon történik” – mondta a kutató.

A Kepler Szabó szerint paradigmaváltást hozott, és nagy lökést adott az intézetben zajló kutatásoknak és saját karrierjének is. Mint mondta, az egy feladatra dedikált űrtávcsövek korszaka előtt nem voltak elérhetők ilyen hosszú idősoros mérések, és a csillagászok csak álmodtak arról, hogy éveken át kövessék 150 ezer csillag fényességváltozását percenkénti felbontásban. Ez a rengeteg adatpont azt is magával hozta, hogy a vizsgálatukhoz újfajta algoritmusokat kellett bevetni. A mesterséges intelligencián alapuló módszerekről elmondta, hogy egyelőre vannak korlátaik, és vannak olyna jelenségek vagy objektumok, amiket a nyíltan hozzáférhető adatokkal dolgozó amatőr kutatók, citizen scientistek vesznek észre. A csillagász szerint az, hogy a Kepler második küldetési időszakától (K2) kezdve az adatokat szinte rögtön publikálták, sokkal demokratikusabbá tette a területet, és több fiatal kutatónak vagy akár amatőr csillagásznak adta meg a felfedezés örömét.

Az exobolygók légkörén áthaladó csillagfény akár élet jeleit is rejtheti

A Kepler nyomdokaiba lépett amerikai TESS űrtávcsőnek szintén fedési exobolygók keresése az elsődleges célja, és épül egy európai exobolygó-kutató űrtávcső is, a 2026-ban útnak induló PLATO, aminek programjában szintén részt vesz az intézet. Három évvel később pedig felbocsáthatják a szintén európai ARIEL-t, ami kifejezetten exobolygók légkörét fogja vizsgálni, hogy meghatározza azok kémiai összetételét és szerkezetét. Amint a kutató elmondta, a módszer alapját a bolygó légkörén áthaladó, és emiatt annak lenyomatát hordozó csillagfény spektrumának vizsgálata adja.

Ilyen méréseket már most is végez a James Webb űrtávcső, például a Trappist-1 rendszeren, de az ARIEL dedikált űrtávcsőként hosszabb távon meg fog tudni figyelni egy adott exobolygót vagy bolygórendszert. „Ez az egyetlen bolygó és egyetlen naprendszer, ahol életet ismerünk, de nem biztos, hogy ez így lesz néhány évtized múlva, mert könnyen lehet, hogy máshol is fel tudunk fedezni élőlényeket” – például úgy, hogy megvizsgáljuk, milyen hatással vannak a mikroorganizmusok egy bolygó légkörének összetételére. A kutató szerint egy ilyen bejelentést biztosan sok vita követne, de optimista, hogy az ARIEL által alkalmazotthoz hasonló módszerekkel „a nem túl távoli jövőben felfedezhető lesz egy életet hordozó bolygó”.

Annak ellenére, hogy Naprendszerünkben egyes bolygók körül akár száz hold is keringhet, még nem akadtunk az Avatar filmek Pandorájához hasonló, exobolygók körül keringő exoholdakra. Szabó szerint ez nem meglepő, mivel „nagyon nehéz volt felfedezni az exobolygókat is, még egy nagyságrenddel nehezebb az exoholdakat”, de odáig már eljutottunk, hogy ki tudjuk zárni, hogy a Jupiter Ganymedes holdjánál vagy a mi Holdunknál jelentősen nagyobb égitestek keringenének exobolygók körül. Szabó szerint magyar kutatók most azon dolgoznak, hogy miként lehetne a következő generációs műszerekkel, a PLATO-val, vagy az ARIEL-el holdakra utaló jeleket kimutatni a csillagfény spektrumából.

Hamarosan még több naprendszerbeli objektumot és szupernóvát találhatunk meg

A kutató szerint az olyan új égboltfelmérő projektekből, mint a Chilében épülő Vera Rubin Obszervatórium (Legacy Survey of Space and Time, LSST) több száz petabájtos nagyságrendben fognak egyre pontosabb adatok a csillagászokra zúdulni. Ez egyik oldalról segíthet olyan problémák, mint az RR Lyrae változócsillagok által mutatott, száz éve megoldatlan Blazhko-moduláció megértésében, de jelentős kihívásokat is tartogat. Az obszervatórium, amely jövőre kezdheti meg a működését, 10 évig tartó nagy égboltfelmérést végez majd egy 8,4 méteres teleszkóppal, mondta Szabó. Három éjszakánként körbe fogja fényképezni az egész Chiléből látható eget, amivel mindenféle változást – azaz fényességváltozást vagy elmozdulást – észlelni fog.

A következő évtized egyik legfontosabb földfelszíni csillagászati projektjében Szabó vezetésével több magyar kutatócsoport is részt vesz a CSFK Csillagászati Intézetből, az ELTE Fizikai Intézetből és a szombathelyi ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumból. Az LSST előtt támasztott egyik követelmény, hogy ezekről a változásokról 60 másodpercen belül riasztásokat küldjön, és ilyenekből Szabó szerint éjszakánként 1-10 millió lesz. „Lényegi kérdés, hogy jön egymillió riasztás, és melyik lesz az a kettő, amelyiket érdemes az én távcsövemben megfigyelni, amelyikből majd a Nobel-díjamat fogom megkapni, vagy amelyikből a Nature-cikkemet fogom megírni, vagy amelyik új fizikát vagy új objektumtípust tár föl” – mondta Szabó, aki szerint ez a folyamat még nem teljesen megoldott, bár az adott objektumról meglévő ismereteink valószínűleg segíthetnek benne.

A galaxisok forgásának megfigyelésével a sötét anyag létezésére utaló bizonyítékot adó Vera Rubin amerikai csillagászról elnevezett teleszkóppal Szabó szerint naprendszerbeli objektumokat, köztük földsúroló kisbolygókat, üstökösöket és Neptunuszon túli jeges objektumokat is fognak találni a csillagászok. A kutató emellett reméli, hogy ha ismét felénk jár egy az ’Oumuamuához hasonló csillagközi objektum, a teleszkóp azt is észreveheti majd. Hozzátette, hogy ha az égitest megfelelő pályán érkezik, és sikerül elég hamar felfedezni, elképzelhető, hogy a 2029-ben várakozó pályára indítandó európai Comet Interceptor űrszonda meg tudja majd látogatni.

Igazi kuriózumnak számítanak Sárneczky Krisztián kisbolygós felfedezései

A hazai szakemberek a Kepler második küldetési fázisában, amikor az űreszközt már nem lehetett precízen pozícionálni, a NASA-nak arra tettek javaslatot, hogy próbálják meg apró naprendszerbeli objektumok keresésére felhasználni az űrtávcsövet. Ebből a magyar innovációból Szabó szerint több mint egy tucat cikk született, és több száz kisbolygó fényességváltozását figyelték meg, amiből meghatározták a forgásukat. Ebből arra lehet következtetni, hogy milyen kölcsönhatások és ütközések érték az objektumokat a Naprendszer 4,5 milliárd éves története alatt.

Az utóbbi években, évtizedekben kezdi az emberiség felismerni, mondta Szabó, hogy a kisbolygók vizsgálata a Föld biztonságának szavatolása szempontjából is fontos. Ma nem ismerünk egyetlen olyan égitestet sem, tette hozzá, ami közvetlenül veszélyeztetné a Földet, de a földközeli objektumokat folyamatosan monitorozni kell a földi távcsövekkel és az űrtávcsövekel, és erre az emberiségnek pénzt kell áldoznia. Az elmúlt években a Piszkéstetői Obszervatóriumból földközeli objektumokat kereső Sárneczky Krisztián ebben jelentős sikereket ért el, amelyek alapját egy 2016-ban indult projekt adta. Ezzel az obszervatórium Schmidt távcsövéhez vásárolni tudtak egy olyan kamerát, ami a lehető legnagyobb, 3x3 fokos képmezőt adja (összehasonlításul a telihold átmérője 0,5 fok). Sárneczky ezzel az elmúlt közel 2 évben nagyobb területeket tudott szinte minden derült éjszaka megfigyelni, és így több tucat a Földhöz közel merészkedő kisbolygót és fedezett fel.

Sárneczky egy tavaly márciusi és egy idén februári felfedezése, amikor néhány órával a pár méteres kisbolygók Földbe csapódása előtt találta meg őket, igazi kuriózumnak számít. A februári esetben a La Manche csatorna felett átszáguldó kisbolygó becsapódására 6 órával előre tudott Sárneczky figyelmeztetni, mesélte Szabó, így a területen élő érdeklődők egy ritka nagy tűzgömböt figyelhettek meg. Később magyar meteoritkutatók megtalálták a kisbolygó egyes darabjait is, így a maradványok laboratóriumi eszközökkel is vizsgálhatók lesznek.

Az ilyen apró objektumok hatalmas pusztítást nem tudnak okozni, ha geopolitikailag érzékeny területek felett lépnek be a légkörbe, mondta a kutató. A monitorozás nem csak figyelmeztetést adhat, hanem abban is segít, hogy sokkal több információnk legyen a földközeli kisbolygókról, legyen szó a mennyiségükről, összetételükről, vagy eredetükről, ami a kisbolygóbányászat szempontjából is hasznos lehet.

Az intézet jelenleg az Európai Űrhivatallal, az ESA-val folytat tárgyalásokat arról, hogy Magyarország nagyobb szerepet vállalhasson az űrügynökség bolygóvédelmi programjában, amire a magyar űrpolitika irányítói is nyitottnak mutatkoznak. A kutató szerint ezekkel a felfedezésekkel, és az elmúlt években felmutatott know-how-val jó helyzetben van az ország ahhoz, hogy fontos bástyája legyen a bolygóvédelmet célzó programoknak. Ennek részeként Szabó szerint újabb, a piszkéstetőihez hasonlóan nagy látómezőjű távcsöveket lehetne telepíteni különböző földrajzi régiókba, ami megsokszorozná a felfedezések hatékonyságát.

A kisbolygókutatás mellett az intézetben más Naprendszerbeli égitestek és a bolygórendszerek kialakulásának vizsgálatára is jelentős hangsúlyt fektetnek. Egy kutatócsoport Maria Lugaro vezetésével a Naprendszerünket felépítő elemek eredetének feltárásán dolgozik, míg Kóspál Ágnes csoportja más csillagok körüli törmelékkorongokat vizsgál, hogy jobban megértse a bolygókeletkezés folyamatát. Emellett a CSFK más tagintézeteivel együttműködésben az Asztrofizikai és Geokémiai Laboratórium kutatócsoport Kereszturi Ákos vezetésével meteoritmintákat tanulmányoz, valamint kisbolygók felszíni jellemzőit, és a Mars felszíni viszonyait kívánja jobban megérteni.

Szabó szerint akárhány exobolygót fedezünk fel, azokhoz a naprendszerbeli égitestekkel ellentétben a mi életünkben nem fogunk tudni odamenni, hogy in situ méréseket végezzünk, vagy szondák és űrhajósok által róluk a Földre visszahozott mintákat vizsgáljunk. „Ez olyan tudást ad, ami nélkül elvesznénk az ötezer exobolygónak a morfológiájában, meg a szerkezetében.”

Több milliárd naptömegű fekete lyukak ütközései világíthatják meg a galaxisok evolúcióját

„Belépett a képbe egy újfajta érzékelési technológia, ami teljesen más a korábbi elektromágneses hullámokhoz vagy akár nagy energiájú részecskékhez képest, ez pedig a gravitációs hullámok megfigyelése” – mondta a csillagász, amikor a fekete lyukak és galaxisok vizsgálatát célzó intézeti kutatásokról kérdeztük. A kis vagy közepes tömegű fekete lyukak összeolvadásának ilyen módon történő megfigyelése a csillagász szerint a galaxisok kialakulásának megértéséhez is kulcsfontosságú lehet.

„Az elméletek szerint ilyenek nagy galaxisok ütközésekor is bekövetkeznek, és nem csillag tömegméretű, hanem több millió vagy több milliárd naptömegű fekete lyukak is összeütköznek. Ezeket ma még nem tudnánk kimutatni a mai gravitációshullám-detektorokkal” – mondta, és hozzátette, a következő generációs, más frekvenciatartományban, eltérő technológiával mérő detektorok ezeket is észlelhetik majd. Ezzel feltárulna, hogy milyen gyakoriak ezek az ütközések, amik a kutató szerint nagyon fontos szerepet játszanak a galaxisok születésében és későbbi fejlődésében.

A gravitációshullám-detektorok mérései, valamint az M87 galaxis és a Tejútrendszer középpontjában található szupermasszív fekete lyukak megfigyelése eddig alátámasztották Einstein általános relativitáselméletét. De Szabó szerint épp ezek az objektumok azok, ahol találkoznak a legkisebb és legnagyobb mérettartományok és gravitációs skálák, így vizsgálatuk segíthet abban, hogy egy kvantumgravitációs elméletben kapcsoljuk össze a kvantummechanikát a gravitációval. A kutató szerint a galaxisok középpontjában található, sokszor a teljes galaxist túlragyogó, szupermasszív fekete lyukakba belezuhanó anyag által létrehozott aktív galaxismagok (AGN) vizsgálata nemcsak magukról az objektumokról mesélhet, hanem a köztünk és az objektum között elterülő anyag megvilágításával az intergalaktikus vagy csillagközi térben található anyag jellegzetességeiről is. Az intézet egyik legújabb Lendület kutatócsoportját indító, korábban a Kanári-szigeteki Asztrofizikai Intézetben dolgozó kutató, Kovács András például ilyen, rendkívül fényes galaxismagok, kvazárok segítségével fogja feltérképezni az univerzum legnagyobb struktúráit.

A Nobel-díjas asztrofizikus a Hubble-feszültség megoldásához szeretett volna közelebb jutni Budapesten

„Jelenleg van egy elég jelentős ellentmondás az ősrobbanáson alapuló módszerek és a lokális módszerek között. Ez az úgynevezett Hubble-feszültség, és gyakorlatilag ez az a motiváló erő, ami Adam Riesst is Budapestre hozta” – mondta Szabó. Az asztrofizikus Nobel-díját az univerzum gyorsulva tágulásának kimutatásáért kapta, amit kollégáival Ia-típusú szupernóvák megfigyelésével fedezett fel. A kozmikus távolságmérés nulladik lépcsőfoka a parallaxison alapuló geometriai távolságmérés, magyarázta a csillagász, ami lényegében független a kozmológiai modellektől vagy a csillagok típusától. Ezt csinálja az európai Gaia űrtávcső, ami a Tejútrendszer 100-400 milliárd csillagából 2 milliárdnak derítette fel eddig a precíz a pozícióját, és ezzel a kutató szerint hozzájárul más távolságmérési módszerek jobb kalibrálásához.

Bizonyos fajta változócsillagoknál a periódusukból a valós (abszolút) fényességükre is lehet következtetni. Ha ezt összevetjük azzal, hogy egy távcsőben milyen fényesnek látszik a csillag (látszó fényesség), kiderül, hogy milyen távol van tőlünk. Ez az úgynevezett periódus-fényesség reláció a kozmológiában is nagyon fontos, hiszen ha ez a csillag például egy közeli galaxisban található, ki lehet számolni, milyen távol van tőlünk az adott galaxis. Riess a szimpóziumon azt szerette volna kideríteni, mondta Szabó, hogy hol tart az ezeket a változócsillagokat alapul vevő kozmikus távolságmérés tudománya. Az amerikai kozmológus, aki jól ismeri a szupernóvás távolságmérést, és az ősrobbanáson alapuló módszereken dolgozó kozmológusokkal is egyeztet, így próbál meg közelebb jutni a Hubble-feszültség feloldásához.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

link Forrás

link Forrás

link Forrás