Az idei fizikai Nobel-díjas kutatások alapjait Einstein 1915-ben megalkotott általános relativitáselméletében kell keresnünk. A szakemberek az első kísérleti bizonyítékra a fekete lyukak létezésével kapcsolatban- az akkori módszerek korlátai miatt - indirekt módon jutottak hozzá 1963-ban: Maarten Schmidt ekkor fedezte fel az első kvazárt, azaz csillagszerű objektumot. A huszadik század hajnalán kiszámolták, hogy mekkora lehet egy csillag legnagyobb fényessége, aminek a gravitáció még ellen tud tartani. Ami aztán az Eddington Limit nevet kapta. Így derült ki a kvazárról, hogy az nem lehet csillag, mivel fényessége nagyobb volt 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 azért kapott idén a Nobel-díjat, mert 1965-ben megadta a fekete lyuk pontos leírását. Ezt követően arra is fény derült, hogy kvazárokban, (galaxisok magjában) úgynevezett szupernehéz fekete lyukak léteznek. Ha egy galaxis összeütközik egy másikkal, a magjukban lévő szupernehéz fekete lyukak szintén közelebb kerülnek egymáshoz, olyannyira, hogy össze is olvadnak, ettől pedig tömegük is még nagyobb lesz. A kutatók megfigyelték, hogy a mi galaxisunk magjában is lehet ilyen szupernehéz fekete lyuk, amely körül csillagok keringhetnek. Bő egy évtized alatt kirajzolódtak a csillagok elnyúlt ellipszispályái, és mivel ezek a csillagok Kepler törvényei alapján keringenek a fekete lyuk körül, a kutatók kiszámolták, hogy milyen tömegű vonzócentrum van az ellipszis gyújtópontjában. Így jöttek rá, hogy

egy négymillió naptömegű fekete lyuknak kell lennie galaxisunk középpontjában

2020 másik két nyertese, Reinhard Genzel és Andrea Ghez azért vehetett át Nobel-díjat, mert rábukkantak galaxisunk eme fekete lyukjára. A Genzel vezette kutatócsoport az ESO kutatási központja mellett, München külvárosában, Garchingban azt kutatja, hogyan mozognak a csillagok a galaxis központjában lévő szupernehéz fekete lyuk körül, ami ugyan nem látható, de az ellipszispályák kirajzolódnak körülötte. (Így szereztek tudomást a létezéséről.) A galaxis korongja mentén található, nagy mennyiségű porréteg elnyeli a fényt, így a kutatók csak infravörös fényben tudják vizsgálni a fekete lyuk környékét. A fekete lyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámok észlelésére tervezett új projektnek, a LISA-nak (Laser Interferometer Space Antenna) alapja az, amiért idén a három csillagász Nobel-díjat kapott – hangsúlyozza Frei Zsolt, aki egyébként Magyarországot képviseli az ESA (European Space Agency / Európai Űrügynökség) új kutatásában.

Az űrbe tervezett detektor a fekete lyukat és az abból származó gravitációs hullámokat vizsgálja majd a 2030-as évek elején.

A detektor sokkal nagyobb lesz a földi LIGO-nál: karhossza ötmillió kilométer lesz, és a nagyobb hullámhosszú, szupernehéz fekete lyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámok felfogása lesz a feladata. A Nobel-díjas kutatások is megerősítették az Európai Űrügynökség elhatározását, miszerint csaknem ezer-millió euróval támogatja a LISA-projektet. Hazánk néhány éve már tagja az European Space Agency-nek, de az éves tagdíj felett még tízmillió euróval, vagyis az egymilliárdos projekt körülbelül egy százalékával hozzá kellene járuljon a csaknem tíz éves projekthez. A kutatók ezért mindent megtesznek a Nap körül keringő űrszondák részegységeinek gyártásában közreműködő magyar ipari partnerek összefogására. 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.

Az 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 az Európai Déli Obszervatórium több távcsövet is elhelyezett az Atacama-sivatagban, a déli féltekén pedig az Andok lábánál. 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 elegendőek a részletes vizsgálatokhoz, így a csillagászatban nagyon sok nyitott kérdés marad, amelyeket csak a légkör felett, űreszközök által megvalósított mérésekkel tudnak megválaszolni.

A jövőben egyre nagyobb szerep jut mindazon űreszközöknek, amelyek által a kísérletek az űrből végezhetők.

Ennek szellemében 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. Amennyiben Magyarország elkötelezi magát a LISA-projekt finanszírozása mellett, a kutatók által szervezett nemzetközi konzultációnak köszönhetően magyar cégek is bekapcsolódhatnak a hardveres gyártási folyamatokba. Az ELTE munkatársai már korábban is több olyan LISA részkutatásba bekapcsolódtak, amelyek által közvetlenül hozzájárultak a projekt számítási alapjaihoz és a LISA tervezéséhez. Másfél évtizeddel ezelőtt például Frei professzor 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.

A fizikusok szerint a LISA detektorai a tényleges összeolvadás előtt akár tíz nappal is érzékelni tudják a kibocsátott gravitációs hullámokat. A LISA segítségével tehát előre lokalizálható a szupernehéz fekete lyukak összeolvadásának helye, 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 ezer összeolvadás is végbemehet egy szupermasszív fekete lyukban mire eléri az óriási, akár egymilliárd naptömeget.

Ugyanakkor nem csupán az összeolvadó fekete lyukakból származó gravitációs hullámot érzékeli a jelenleg is működő, földi LIGO, hanem a neutroncsillagokból származó gravitációs hullámokat is, amelyeket felvillanások kísérnek. A kutatók szeretnék normál optikai távcsövekkel is megfigyelni a fényjelenséggel járó összeolvadásokat, ezért ezek pontos lokalizációjához, a belőlük származó gamma sugárzás detektálásához a fizikusok jelenleg egy különleges mikroműhold (CubeSat) flottán, az úgynevezett CAMELOT műholdakon dolgoznak. (A mikroműholdakra szánt gamma-érzékelők tesztelése még ebben az évben megtörténik egy Szojuz és egy Falcon-9 rakétán is.)

Terveik szerint Budapesten épített kilenc műholdat két-három éven belül pályára állítják.

Az egyenként 10*10*30 cm méretű műholdakra szerelt gamma-detektorok érzékelni fogják a neutroncsillagok összeolvadásából keletkező felvillanásokat, amiből aztán 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, ellenben a műholdflotta a források lokalizációját teljesen új, sokkal pontosabb módszerrel fogja megvalósítani.

(Forrás, Fotó: Pixabay)