A szenzációs felfedezés, miszerint két neutroncsillag összeolvadása nyomán tudósoknak először sikerült egy időben gravitációs hullámokat és fénysugárzást is meg figyelnie, alapjaiban változtatja meg a csillagászatot. A megfigyelésükre létrehozott amerikai LIGO és európai Virgo obszervatóriumoknak magyar munkatársaik is vannak, ezért - hogy a hírben foglaltakra bővebb magyarázatot kapjunk, Frei Zsoltot, Széchenyi-díjas asztrofizikust, az ELTE Fizikai Intézetének igazgatóját, a magyar LIGO csoport vezetőjét kérdeztük.
- Két hete kapott három fizikus Nobel-díjat, mert először sikerült kimutatniuk a gravitációs hullámokat. Mik ezek valójában? Mi közük ahhoz a valósághoz, amit mi gravitációként észlelünk a hétköznapokban, azaz mi történik Einstein szerint, amikor az alma lelesik a fáról?
- Einstein elmélete szerint a tér a tömegek közelében görbül, és az objektumok úgy mozognak, ahogy azt ez a görbület megkívánja. Ezt egy gumihálóval szoktuk vizuálissá tenni, legyen ez a tér: ha erre egy súlyosabb golyót ejtünk - legyen ez a Föld -, tölcsér keletkezik, ha ebbe egy almát ejtünk, az elindul a golyó felé, azaz leesik a földre. Ha ebben a képben a központi golyó a Nap és egy másik gömbölyű testet körbe-körbe gurítunk a tölcsér falán, akkor megkapjuk a központi égitest körül ellipszis pályán keringő Földet. Ha viszont két nehéz golyót teszünk középre, és a kezünkkel megkeverjük őket, a gumihálóban hullámzás, fodrozódás keletkezik és tovaterjed: azt láthatjuk, hogy a háló négyzetrácsainak a vízszintes oldalai hosszabbak a merőleges oldalai kicsit rövidebbek, azaz téglalap alakúak lesznek.
- Végül is száz évet kellet várni ahhoz, hogy ezt az Einstein által megjósolt jelenséget, azaz a tér fodrozódását a valóságban ki lehessen mutatni. Mi volt ennek az oka?
- Az, hogy ennek a jelenségnek a nagyságrendje tíz a mínusz huszonegyediken. Tehát, ha egy távoli galaxisban két egymás körül keringő feketelyuk fodrozza a teret, az egy méterrúd hosszát az atommag, azaz egy proton méretének a milliomod részével változtatja meg. A Naphoz legközelebbi csillag 4 fényévnyire van, ez ilyen távolságra átszámítva, egy emberi hajszálnak felel meg. Azért kellett tehát a mérésre száz évet várni, mert nagy pontosságú eszközökre volt hozzá szükség. Az a lézersugár, amellyel ezt megtehetjük, négy kilométeres. A mérés 2015. szeptember 14-én egy ezer fős társaságnak sikerült, miután húsz évig építették, tökéletesítették ezt a műszert. A friss Nobel-díjasok ennek a kísérletnek az alapötletét vázolták fel 1970-es években. Mi magyarok ebben az ezerfős csoportban vagyunk egy kicsi láncszem. Végeztünk méréseket, építettünk az obszervatóriumban hardvert, részt vettünk a szoftverek írásában, cikkek közzétételében.
A bolygók a központi csillag által meggörbített térben haladnak a csillag körüli zárt pályán, mint egy lankás gödör peremén körbehaladó labda.
- Mi volt annak az eseménynek a jelentősége, amellyel kapcsolatban a legújabb bejelentést tették, mi történt 2017. augusztus 17-én?
- Az eddigi négy gravitációs hullám észlelésekor a fekete lyukak - mivel a fényt sem engedik vonzásukból kiszabadulni - nem voltak láthatók. Azt reméltük, és ez is történt a látható neutroncsillagok összeolvadásakor, hogy fényt is kibocsátottak. A gravitációs sugárzás helyét nagyjából tudtuk, a távcsöveket a megfelelő helyre irányítva meg is találtuk az objektumot. Ez volt az első eset, hogy ilyet sikerült megfigyelni. Mivel a neutroncsillagoknak kisebb a tömege, mint a feketelyukaké, ezért a kibocsátott jel erőssége is kisebb, így azt gondoltuk, még évek telhetnek el, míg a megfelelő érzékenységű eszközök a kezünkben lesznek mérésükhöz. Szerencsénk volt, egy közeli galaxisban, 130 millió fényévre tőlünk történt az esemény, ezért jelenlegi műszereink is elegendőek voltak.
- Bebizonyosodott, hogy a gravitációs hullámok fénysebességgel terjednek?
- Igen, ezt vártuk, de ezt is ki kellett mutatni.
- Gammasugárzás is keletkezett, amely a gravitációs hullámok után két másodperccel érték el a Földet. Ez hogyan kapcsolódik az eddig elmondottakhoz?
- A gravitációs hullám alakjából és abból, hogy nagyon nagy energiájú gammasugárzás is érkezett, tudjuk, hogy tényleg két neutroncsillag ütközött össze, mert az csak akkor keletkezhetett. Neutroncsillagok a Napnál legalább négyszer-ötször nagyobb csillagok felrobbanása után maradnak vissza. Rendkívül sűrűek, csak neutronokból állnak, egy kávéskanálnyi ilyen csillag-anyag egy milliárd tonnát nyom.
- Mi a távolabbra mutató jelentősége ezeknek a felfedezéseknek?
- Megszületett a sokcsatornás csillagászat, ezután nem csak a fény- vagy a rádióhullámok tartományában tudjuk meg figyelni a csillagokat, hanem egy újabb csatornán, a gravitációs hullámokén is. A több információs forrás révén többet tudhatunk meg a fizikai folyamatokról, mint eddig.
