Mi fán terem a gravitációs hullám?

Ez a cikk egy új sorozat kezdete: Magyar Tudomány címszó alatt szeretnénk minél több magyar kutatót, feltalálót, tudományos munkatársat, kutatást, együttműködést, terméket, gondolatot bemutatni.  Szeretnénk minél több helyre eljutni, ezért kérjük olvasóink segítségét!

Amennyiben ismernek bemutatásra érdemes embert, kutatást, találmányt, kérem írjanak  a kozeljovo@gmail.com címre.

Magyarok a gravitációshullám-kutatásban

Még novemberben beszélgettünk Raffai Péterrel, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Atomfizikai Tanszékének tanársegédjével. Szakterülete az asztrofizika, azon belül is a gravitációshullám-asztrofizika. Megalakulásától tagja a 2007-ben létrehozott Eötvös Gravity Research Groupnak (EGRG), amely csoport részt vesz a LIGO Scientific Collaboration (LSC) nemzetközi kutatói együttműködésben.

Raffai Péter a LIGO Livingston-beli állomásán

Raffai Péter a LIGO Livingston-beli állomásán

Einstein az origó

A gravitációs hullámok a téridő görbületének hullámszerűen terjedő megváltozásai. Létezésüket az Einstein által 1915-ben lefektetett általános relativitáselmélet jósolta meg. Az Einstein-egyenletből következett számos más dolog is: a fekete lyukak léte éppúgy, mint a – sci-fi ranjongók által kedvelt, de megfigyeléssel még nem igazolt – féreglyukaké.

A két egymás körül keringő neutroncsillag által keltett gravitációs hullám síkbeli modellje

A működési elv viszonylag egyszerű: ha két tömegpont – mondjuk két csillag – kering egymás körül, akkor gravitációs hullámok keletkeznek. E hullámok az anyagra nagyon kicsi hatással vannak – minden amin keresztülmennek összehúzódik és kitágul -, ezért nehéz észlelni őket. Ennek azonban van előnye is: szinte gyengítetlenül keresztülhaladnak mindenen, ezért a forrásról kapunk pontos képet, ami esetünkben jelentheti a Világegyetem ősállapotát, vagy akár fekete lyukak közvetlen környezetét is.

A hullámok létezéséreközvetlen kísérleti bizonyítékok egyelőre nincsenek, azonban azonban a ma Hulse-Taylor kettőspulzárként ismert rendszer periódusidejének mérésével közvetett bizonyítékot kapott a tudomány. A felfedezést 1993-ban Nobel-díjjal jutalmazták.

Közvetlen bizonyíték kell

Tudományos az, ami  kísérletezéssel újra és újra bizonyítható. A hullámok közvetlen észleléséért az amerikai National Science Foundation megalapította a LIGO programot. A LIGO egy rövidítés: Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory-t, vagyis “Lézer-Interferometrián alapuló Gravitációshullám-Obszervatórium”. Ezt a nevet viseli három, az USA-ban található interferométer, és innen ered a nemzetközi tudományos együttműködés, az LSC, azaz LIGO Scientific Collaboration neves is.

Az LSC a gravitációshullám-fizika különböző területein dolgozó tudósok világszintű együttműködése. 1997-ben alapították, jelenleg körülbelül 700 tagja van, 11 országból, köztük hazánkkal. 2007-ben az LSC és az európai Virgo Collaboration aláírt egy megegyezést arról, hogy megosztják egymással erőforrásaikat és adataikat. A szerződés aláírása volt a kezdete a LIGO-Virgo együttműködésnek (LVC). Magyarország 2007-ben kapcsolódott be, amikor megalakították az ELTÉ-n az Eötvös Gravitation Research Groupot (EGRG). Az EGRG csoportnak ma már három intézmény tagja: az ELTE mellett a Szegedi Egyetem, és a debreceni Atommagkutató Intézet (ATOMKI) is.

Mi az az interferométer?

Ma világszerte nagy erőkkel próbálják a gravitációs hullámokat közvetlenül detektálni. A jelenleg rendelkezésre álló legfejlettebb technológia erre az interferométer, amely amely egy nagy pontosságra képes távolságmérő eszköz. A gravitációs hullámok detektálására kifejlesztett interferométerek mintegy 10-18 méter (egy proton méretének ezredrészének megfelelő) pontossággal képesek tükreik egymáshoz képesti távolságát mérni. A gravitációs hullámok e tükrök távolságát változtatják meg rendkívül csekély mértékben. E hatás annál pontosabban kimérhető, minél nagyobb kezdetben a felfüggesztett tükrök távolsága (azaz minél hosszabb az interferométer “karja”).

A hanfordi interferometer légifelvételen

A hanfordi interferometer légifelvételen (©LIGO Laboratory)

Ilyen interferométerek közül a legnagyobb karhosszúsággal (4 kilométer) az amerikai LIGO detektorok bírnak. A LIGO mellett azonban több, azonos elven működő gravitációshullám-detektor is van világszerte: az olaszországi Virgo, a németországi GEO600, és a Japánban található TAMA300. A jövőben várhatóan bővülni fog a sor a LIGO Australia, az LCGT, az Einstein Telescope, és az űrbe telepítendő LISA detektorokkal.

Miért kell több detektor?

Először is, több detektor megerősítheti, vagy cáfolhatja egymás adatait. Ezenkívül, a legtöbb észlelés során megjelenő zaj helyi eredetű, míg a felfedezésre váró gravitációs hullámok kozmikus eredetűek. A különböző detektorok adatainak összehasonlításával ezért nagyobb hatékonysággal fedezhető fel egy gravitációs hullám jele.

A másik lényeges dolog, hogy a gravitációshullám-detektorok sokkal jobban hasonlítanak antennákra, mint irányítható teleszkópokra: a teljes égboltról próbálnak meg jelet begyűjteni, így a gravitációs hullámok pontos eredetének megállapítása csak úgy lehetséges, ha különböző obszervatóriumok tudják detektálni ugyanazt a jelet.

Miért jó ez nekünk?

Az emberiség a Holdon túli világról ezidáig nagyrészt csak elektromágneses hullámok megfigyelésével szerezhetett ismereteket, amely egy közel sem teljes kép. A gravitációs hullámok közvetlen detektálása új képet adna a Világegyetemről, a keletkezésétől a benne található objektumokig. A változást ahhoz lehetne hasonlítani, mintha egy emberi hallással nem bíró “marslakó” venne részt a Nemzeti Filharmonikusok egy koncertjén. Marslakónk a koncertet látva bizonyosan sok tapasztalatot szerezne. De képzeljük csak el, mennyivel közelebb kerülne annak lényegéhez, ha hirtelen a hallás képességével ruháznánk fel. Az asztrofizika, és az emberiség számára is, valami ilyen “új érzékszervet” jelenthet majd a közeljövőben a gravitációs hullámok detektálása.

Folyatjuk!


Megosztás és bookmark

  • Facebook
  • Twitter
  • Tumblr
  • Google Bookmarks
  • PDF
  • Print
  • Add to favorites
  • RSS

About Laza Bálint

Laza Bálint jelenleg a BME-GTK kommunikáció mesterszak hallgatója. Érdeklődési területe a humán tudományok mellett kiterjed reál irányba is, különös tekintettel a komplex hálózatokra, és a webalkalmazásokra.

No comments yet... Be the first to leave a reply!

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.