Kutatás a jövőben, csillagfény a múltban

2019.07.30.NG

National Geographic Magyarország

Népszerű kozmikus kérdések megválaszolására Szabó M. Gyula csillagászt kértük föl, aki a jövőbe mutató projektjéről is beszámol.

A közelmúltban megjelent, 40 millió éves csillagfény című, cikkünk kapcsán Szabó M. Gyula csillagászt, az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium igazgatójával arról beszélgettünk, milyen messzire is látunk el távcsővel a világmindenségben, közben pedig az általa vezetett intézmény tevékenységével is megismerkedhetünk

2019. július 1-jétől a Magyar Tudományos Akadémia támogatásában az általad vezetett kutatócsoport megkezdi működését az exobolygó rendszerek vizsgálata területén. Mi a célja ennek a projektnek?

Naprendszeren kívüli bolygókat kutatunk, elsősorban a három európai űrtávcsöves küldetéssel, az idén induló CHEOPS, a PLATO 2.0 és a 2028-ra várható ARIEL műszereivel, és földi utánkövetéses megfigyelésekkel. Ezeknek a misszióknak a kifejlesztésében is részt vettünk és a fejlesztés alatt is részt veszünk. Az előkészítő munka már a küldetés indítása előtt nagyságrendileg egy évtizeddel megkezdődött. Az exobolygókra vonatkozó adatok szinte végtelen tárházát adja a Kepler/K2 űrtávcső, és a TESS műhold, illetve különböző célzott spektroszkópiai és fotometriai mérések. Ezek alapján már ma is magas szinten megérthetjük az exobolygók világát – ami végeredményben a kutatócsoport célja.

Az obszervatóriumban több kutatás is zajlik: a „Kozmikus Hatások és Kockázatok” GINOP-pályázat keretében a Holdba csapódó meteorokat kutatjuk, elsősorban az ezek által keltett felvillanásokon keresztül. E kutatást jelentős műszerfejlesztés alapozta meg. A klasszikus sztelláris, azaz a csillagok életével kapcsolatos asztrofizikai, kémiai kutatásokról nem is beszélve, amelyek szintén önálló vizsgálati területek, és természetesen kapcsolódnak az exobolygó kutatáshoz is.

Milyen hasznos hozadéka lehet még számunkra az exobolygók kutatásának?

Az exobolygó kutatás nagyon aktuális, és nem azért, mert a távoli bolygók kolonizációján kellene gondolkodnunk (aminek reális lehetőségében nem is igazán hiszek), hanem mert egy csomó, égető kérdésben egyszerűen az exobolygó kutatás jelenti a kísérleti alapot. Ilyen kérdés például a légkör és a klíma kapcsolata a bolygókon általában, vagyis ezen keresztül a földi klímaváltozás pontosabb megértése. Ide tartozó témakörök még a csillag – bolygó kapcsolatok, az űridőjárás a naprendszerekben, a bolygópályák és a kis égitestek fejlődése, az üstökösök és jeges égitestek jelenléte a naprendszerekben.

Miért mondjuk azt, hogy a csillagokban és galaxisokban valójában egy múltbeli állapotot látunk?

Messzire tekintve olyasmit látunk, ahogyan a mi környezetünk is kinézett régebben: nagyjából annyi évvel ezelőtt, ahány fényév távolságra tekintünk éppen. Népszerű kérdés, hogy amit nagy távolságban látunk, az jelenleg létezik-e, és hogy néz ki. Valójában ezzel nem igazán foglalkozik a tudomány, sőt fölvethető, hogy mennyiben tudományos jellegű a kérdés maga. A világegyetemben az „idő” fogalma egyébként sem egyszerű dolog, a távoli dolgok „jelen” állapota pedig semmilyen módon nem érzékelhető, csak találgatható. Annak kell örülnünk, hogy saját kozmológiai múltunkat közvetlenül megismerhetjük, ha messzire tekintünk. Az időutazás a csillagászatban lehetséges, legalábbis egyfajta múltba, és ez óriási dolog!

Mi történt ezzel párhuzamosan a Földön? Például egy 40 millió fényévre található galaxis esetében?

Ez a fény a 40 millió fényévre lévő galaxisból ugye 40 millió éve indult el, ezt jelenti a fényidő-távolság. Ez a 40 millió év teljesen mást jelent a különböző tudományokban. A humán tudományok számára ez az időtartam minden határon túl van, az evolúcióbiológusok a kérdésre talán egy színes ősfaunával tudnának válaszolni. A csillagászatban 40 millió év nem nagy idő, és sokszor elhanyagolhatóan kicsi is lehet. Példaként említem, hogy nagyjából ennyi idő alatt gyűjtik össze a kialakuló bolygó-rendszerekben a planéták az anyagukat. A világegyetem életkorához, a Hubble-időhöz mérve a 40 millió év hozzávetőleg annyi, mint egy napunk során pár perc. Nagyságrendileg egy reggeli fogmosás.

Hogyan állapítják meg a csillagászok egy objektum korát?

Kor alatt a kialakulástól a megfigyelhető állapotig eltelt időt értjük. Ez tehát független a dolgok tőlünk való távolságától. Nagyjából ahányféle dolgot – csillagot, halmazt, galaxist – figyelünk meg, annyi különböző eszközt lehet segítségül hívni a kormeghatározáshoz. Erre a kérdésre nagyon nehéz röviden válaszolni, mivel a szakma része.

Csak címszavakban össze lehet foglalni a lényegét?

A kormeghatározás módszereinek alapos megértéséhez a klasszikus öt éves asztrofizikai képzés és sok azt követő tanulás szükséges. Van, amikor a csillagok kémiai összetétele az egyetlen támpont, de szerencsés esetben alkalmazható a jóval pontosabb asztroszeizmológia, csillaghalmazokra esetleg a dinamikai analízis, galaxisokra, halmazokra a szintézis, naprendszeri objektumokra a kráterstatisztika, a színkép vagy izotóparányok, kisbolygócsaládokra a dinamika. Rengeteg eszköz létezik, és a konkrét kutatási kérdés az, hogy egy adott területen melyik a legjobb választás.

Milyen módszerrel elemzik a csillagok, galaxisok színét?

Nem a színeket figyeljük meg, hanem a színképet. Úgy is mondhatjuk ugyanezt, hogy a sugárzás energiaeloszlását, bizonyos atomi energia átmenetek hullámhosszait mérjük, és rögtön egyértelművé válik, hogy nem a színekről van szó. A színérzet egy szubjektív emberi észlelet, az eszközök nem látnak színeket. Eszközökkel lehet a színlátásunkat modellezni, de ennek fizikai tartalma nem sok van: igazából le kellene butítani az információt a színeket jelentő három számra, ami teljes mértékben csak az emberi szubjektumhoz kötődik. A színkép azt jelenti, hogy a fényből nem egy és nem három számot csinálunk, hanem mondjuk negyvenezret. Vagy akár kétszázezret, és ezzel az eloszlással kezdünk utána valamit tudományosan. Bonyolult optikai eszközökkel a csillagok, galaxisok színét egy nagyon széles szivárványra húzzuk szét, megkeressük, hogy az adott atomi átmenetek a mi műszerünkben milyen hullámhosszhoz tartoznak. Ha tudjuk, hogy eredetileg milyen hullámhosszhoz tartozott, akkor a kettő aránya megmutatja, hogy mennyit tágult a világegyetem a fény indulásától a megérkezéséig.

A vöröseltolódás-adatokból hogyan következtethetünk a távolságra?

Ha van egy jó kozmológiai modellünk – azaz „mi volt az univerzum tágulásának története” – akkor a vöröseltolódást átszámolhatjuk például visszatekintési időre. Ez az, amit úgy mondunk, hogy negyvenmillió fényévre van egy galaxis. Közeli galaxisok esetében egyébként az egész módszer egyben nem működik. A galaxisok egymáshoz képest értett mozgásából is származik a Doppler-eltolódás, ami a színképvonalakra a táguláshoz hasonlóan hat, és ezt a két teljesen különböző dolgot nem tudjuk a mérésekben különválasztani.
Inkább a távoli galaxisoknál lehet a vöröseltolódással előbbre jutni, ahol a tágulásból származó effektus már sokkal nagyobb, mint a kölcsönös mozgásokhoz kötődő. A közeli galaxisokban más módszerekre van szükség – például jól ismert a cefeida csillagok periódus-fényesség relációja – ami azért hatékony, mert ezeket a mi Galaxisunkban lehet kalibrálni.
Kevésbé ismert módszerek is vannak egyébként, amiket jóval nagyobb távolságig használhatunk, mint a periódus-fényesség relációkat; ilyenek például a galaxisok csillagainak mozgását és a galaxisok abszolút fényességét összekötő módszerek, vagy a galaxis képén mérhető fényességfluktuációkon alapuló távolságmérés. A távolabbi galaxisokban ezek a más módszerek még működhetnek, a vöröseltolódás pedig már működik. Ez az úgynevezett kozmikus távolságlétra. Ennek minden lépcsőfoka fontos a Föld – Nap pontos távolságától kezdődően, amin minden más alapul.

Mit látnak ma közvetlenül távcsövön keresztül a csillagászok? Vagy csak a megszerzett adatokat elemzik?

A csillagászok általában egyáltalán nem néznek a távcsőbe, legföljebb ha gyönyörködni akarnak a csillagokban, szabadidejükben. Sokkal több adatot gyártunk, mint amit át lehet tekinteni: itt az algoritmusoknak és az automatikus adatfeldolgozásnak nagy szerepe van. A Big Data módszerek kifejlődésében a csillagászatnak meghatározó szerepe volt. Itt olyan mértékű adattömegről, streamről beszélünk, amit már a gépek sem tudnak „figyelmesen” áttekinteni, és ezzel is kezdeni kell valamit. Ebben az irányban fejlődik a csillagászat is, sok más tudományággal együtt.

Hogyan működik az intézményetekben az ismeretterjesztés és a szakmai kutatómunka?

Ezek egymásra épülnek. A szakmai eredmények bemutatása egyaránt fontos a kollégáknak és a nagyközönségnek, mindkettő a tudománykommunikáció része. Természetesen más egy csillagászok részvételével megtartott szakmai fórum és más a nagyközönség számára tartott tudomány-népszerűsítő előadás. Fontos, hogy tudják, mivel foglalkozunk a Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumban, hogy ez egy jelentős műhely például a csillagok, az exobolygók vizsgálatában, a Naprendszer kutatásában, a magyar űrtudományi részvételben. Szerencsés, hogy a saját eredményeinkről beszélhetünk, mert ez így sokkal élményszerűbb a közönség számára is. „Hic sunt leones”, tartja a latin mondás. Mi nemcsak mutogatjuk az „oroszlánokat”, mi magunk is „oroszlánok” vagyunk. Időnként megpróbálunk egy kicsit morogni.

Kiemelt célotok, névadótok, „Gothard Jenő szellemi és tárgyi örökségének gondozása”. Milyen formában történik mindez?

A Gothard Tudomány- és Technikatörténeti Állandó Kiállításon alapítónk életművén keresztül tudjuk a késő 19. század csillagászati, fizikai, mérnöki tevékenységét élményszerűen bemutatni. Kizárólag egyetlen tudós életművére épülő, viszont ebben az értelemben teljes tudományos kiállítás a világban is nagyon ritka. Szinte unikális, hogy a központban álló tudós annyi tudományterületet művelt a legkiválóbb színvonalon, mint Gothard Jenő.

Névadónk életművének közvetlen üzenete is van a ma embere számára, aki még inkább a természettudományi ismereteken alapuló technikai civilizációban él. Aki a természet folyamatait jól érti, annak kezében hatalmas eszközök vannak, mellyel szűkebb környezetét vagy az emberiséget szolgálhatja. Remélem, ezt az üzenetet a hozzánk látogató fiatalok is megértik.