Einstein nyomdokain
Az év, sőt talán az évtized eddigi legnagyobb tudományos szenzációja a 2016. februári bejelentés.
Fotó: Sárosi Zoltán
A LIGO lézereinek kitérései révén sikerült közvetlenül észlelni a téridő nagy tömegek keltette rezgéseit, változásait, a gravitációs hullámokat. A nemzetközi együttműködésben részt vevő magyar kutatók vezetője: Frei Zsolt.
Most éppen átépítik a LIGO berendezéseit. Ön Mit remél a nyáron induló újabb adatgyűjtési időszaktól?
Tudni kell, hogy a LIGO 2000 óta működik. 2012-ben leállt, bő két év alatt jelentős felújításon esett át. Az új LIGO elvben tízszer érzékenyebb lehet, mint elődje volt, de ezt a célt még nem értük el. Amikor 2015 őszén bekapcsoltuk a gravitációs hullámok figyelésére tervezett lézereket és detektorokat, a LIGO úgy két és félszer volt érzékenyebb elődjénél. Idén nyárra körülbelül ötször, jövőre vagy 2018-ban várhatóan tízszer érzékenyebb lesz. A mostani érzékenységnövekedés nyomán a gravitációs hullámok észlelési tartományában nagyjából egy nagyságrenddel több jelet várunk.
Talán olyan jelet, hullámformát is felfedezhetnek, amilyet eddig senkinek nem sikerült?
Igen, erre számítunk. A forrástól függően a LIGO négyféle jelet figyel, a munkacsoportok különféle algoritmusokkal igyekeznek a nyers adatokból kihámozni az értékeseket. Az ősszel észlelt jel nagyon sűrű, nagyon nagy tömegű objektumok – fekete lyukak – párosának összeolvadásából származott; az egyik munkacsoport ilyen jelforrásokkal foglalkozik.
A másik csoport a hosszan fönnmaradó, állandó gravitációs hullámzásokat figyeli. Ilyet kelthet például egy nem teljesen tengelyszimmetrikus neutroncsillag: ha akár néhány milliméteres „hegy” van rajta, a LIGO már észlelni tudja. A harmadik csoport a háttérzajt figyeli, arra alapozva, hogy ha a közelünkben vannak összeolvadó kettőscsillagok, akkor messzebb is lehetnek, de az ezektől érkező gyengébb jelek éppen csak hozzáadnak valamennyit az Univerzum háttérzajához. Ezt szeretnénk kimérni, elkülöníteni a detektor, a lézer és a különféle egyéb, földi eredetű hatások zajától, majd később elemezni. A negyedik csoport, amelyben mi is dolgozunk, az úgynevezett burst típusú jeleket gyűjti; a fentiektől különböző minden jel ide tartozik. Valahányszor új eszközök állnak munkába a csillagászatban, olyan felfedezések születnek, amelyeket előre megtippelni sem lehetett; így hát ebben a csoportban is sok újdonságra számítunk.
A tudományban fontos a felfedezés megismételhetősége, az eredmények megerősítése. Az önök területén mi várható?
Jelenleg nincs erre mód, mert a gravitációshullám-detektorok közül csak a LIGO működik. Ha egyszerre több detektor észleli a jelet, az eredményeket meg lehet erősíteni, ám magát a felfedezést nem lehet reprodukálni, mert a fénysebességű hullám már az észlelést követő másodpercben messze jár. Mégis biztosak lehetünk a felfedezés érvényében, mert eddig rengeteg közvetett bizonyíték gyűlt össze, mert a számítások éppen olyan jelformát jeleztek, amilyent észleltünk, és mert a LIGO egymástól 3000 kilométerre működő két detektora a másiktól függetlenül észlelte a jelet.
Épülnek majd más, a LIGO-hoz hasonló detektorok is?
A tervek szerint idén újraindul az olasz–francia együttműködésben készült VIRGO, de érzékenységben valószínűleg jó ideig nem tudja majd utolérni a LIGO-t, kevesebb jelet fog észlelni. Ígéretesebb a japán KAGRA, amelyet 2018-ban üzemelnek be. Az már egy harmadik generációs detektor előfutára lesz; föld alá építik, és tükrei később majd hűtött kamrába kerülhetnek, így jelentősen csökkenthetők a zavaró földi zajok. Az Európai Űrügynökség távlati terve pedig a LISA, amely az űrből figyelné a gravitációs hullámokat ötmillió kilométer hosszan tükrözött lézereivel. Ilyen hosszú karokkal sokkal hosszabb – azaz lomhább, nehezebb objektumok, például szupermasszív fekete lyukak által keltett – hullámokat is mérni lehetne, mint amilyeneket a LIGO jelenleg képes észlelni négy kilométeres karjaival.
Éppen száz éve Einstein írta le, hogy a gravitációs hullámok léteznek. De azt is mondta, hogy ezeket a hullámokat közvetlenül soha nem fogjuk észlelni. Miért gondolta így?
A technika akkori fejlettségét tekintve természetes, hogy Einstein így gondolta. Ő csak egyenletekre építhetett. Később jöttek a kísérleti bizonyítékok is, például fölfedezték a gravitációs lencsehatást és vöröseltolódást. De csak az 1970-es években született meg a lézer-interferometria módszere, amelyre alapozva mára lehetővé vált a gravitációs hullámok közvetlen kimutatása.
Hogyan dolgozik a LIGO körülbelül ezerfős csapata?
Természetesen angol nyelven kommunikálunk, és heti rendszerességgel több telekonferenciát szervezünk – néha egészen lehetetlen időpontokban, mert Kínától Kaliforniáig minden időzónában élnek érintett kutatók. A létszámhoz képest aránylag kevés, tizenöt ország vesz részt az együttműködésben. Az ezer fő a VIRGO kutatóival együtt értendő – az adatcsere-egyezmény értelmében ők is részt vesznek az adatok feldolgozásában. A LIGO tényleges kutatóállományának létszáma öt–hatszáz lehet; ennek a csapatnak kutatási ideje legalább felét a kísérletre kell szánnia, ennek fejében viszont egy évig társszerzői lehetnek a kiadott tudományos publikációknak.
Milyen arányú az önök részvétele a LIGO-projektben?
Kilenc hazai kutató társszerző – három a VIRGO-n keresztül –, tehát körülbelül egyszázaléknyi a részvételünk. Voltaképpen nélkülünk is felfedezték volna tehát a gravitációs hullámot. Ugyanakkor a LIGO-projekt költségeinek nagyjából egy ezredét állta Magyarország, vagyis a pénzből sokat hoztunk ki. A LIGO hatalmas vállalkozás, nagy öröm és megtiszteltetés részt venni benne. Részesei vagyunk az egyik fő kísérletnek, az ELTE diákjai hozzáférnek az adatokhoz, így a legmagasabb szintű asztrofizikusi képzést nyújthatjuk nekik.
Egyéb témákkal is van ideje foglalkozni?
Kutatásra fordított időm 50-60 százalékát tölti ki a LIGO. Más asztrofizikai kutatásokat is végzek, más nagy nemzetközi projektekben is közreműködöm. Csoportommal részesei voltunk egy hároméves, Hawaiin zajlott égboltmérési együttműködésnek; a Pan-STARRS nagy mélységben térképezte föl az égbolt háromnegyedét, mi az adatokból galaxistérképet készítettünk, és ezen egészen egyedi, különleges struktúrákra bukkantunk. 2014 nyarán a Pan-STARRS eredménye a New Scientist tudományos folyóirat címoldalára került. És már beneveztünk az LSST-be, a világ eddigi legnagyobb égtérképező projektjébe, amelyre Chilében kerül majd sor 2020 és 2030 között.
A nagy kísérletek rengeteg adatot ontanak; hogyan bírja az asztrofizikus a feldolgozás monoton munkáját?
Szerencsére ma már elsősorban algoritmusokat kell kigondolnunk, amelyek aztán egy távoli számítógépen lefutnak hosszú-hosszú idő alatt, és kiválogatják a számunkra izgalmas eseményeket. Elég már csak ezeket vizsgálnunk, ez pedig korántsem monoton feladat. Amikor én kutató lettem, a szocialista Magyarországon az asztrofizikusi pálya még kitörési lehetőség volt. Ma ez már nagyon másként van; nem kis részben az alacsony oktatói és kutatói bérek miatt – ezen sürgősen változtatni kell, máskülönben lemaradunk.
2007-ben a teljes IPCC klímatestület Nobel-békedíjat kapott. lehet, hogy a fizikai Nobel-díj esetében is megtörténhet ez?
Egyrészt a Nobel-békedíj politikai üzenet, másrészt a fizikai Nobel-díjat a jelenlegi szabályok szerint legfeljebb háromfelé lehet osztani. Ennek tudatában a LIGO kommunikációs gárdája a felfedezést követően minden sajtóorgánumban megnevezte azt a három kutatót, akiket a LIGO atyjainak tartunk. Rainer Weiss, Kip Thorne és Ronald Drever vetette föl az 1970-es években, hogy lézer-interferométerekkel kell próbálkozni. Ugyanakkor néhány hete megkaptuk a Nobel-díjnál magasabb összegű Breakthrough-díjat; egymillió dollár illette Weisst, Thorne-t és Drevert, a maradék kétmilliót szétosztották a gravitációs hullám fölfedezését leíró közlemény szerzői, vagyis körülbelül ezer kutató között – ez mindenképpen nagyon szép gesztus volt.