A természet kalendáriuma (CXCIII.)

Nincs hétköznapibb csoda a napnál. Nincs bujtogatóbb, mondhatnám, szellemibb élmény az első tavaszi napsütésnél – írja Csoóri Sándor a Márciusi napról –, A föld rögtön megérzi: taraja, bőre megpirkad. A fák rögtön megérzik: alig hallhatóan ropognak. A madarak pedig, felejtve a tél cenzori szigorát, pillanatok alatt olyan szabad és jó közszellemet teremtenek a levegőben, érvelnek, buzognak, feleselnek, hogy aki hallja őket, megirigyli.

Nem csoda s nem hétköznapi esemény hírét vette a minap a tudományos világ. Összeütközött két fekete lyuk egy messzi galaxisban. Ez önmagában is páratlan, eddig nem észlelt asztronómiai jelenség az emberiség történetében.

A 2015. szeptember 14-én, helyi időnk szerint délelőtt 10 óra 51 perckor megtörtént észlelési eredményt a szokásos módon hónapokig értékelték a kutatók, hogy kizárjanak minden tévedést. Az eredményt a Physical Review Letters közölte ez év elején.

Az esemény során korábban soha nem látott mennyiségű energia szabadult fel. A háromezer szupernóva-robbanásnak megfelelő energiát az Einstein által száz éve megjósolt gravitációs hullámok vitték el, amelyeket most először sikerült közvetlenül érzékelni, és amelyek pontosan kirajzolták az ütközés drámai körülményeit.

A gravitációt valamikor Newton erőhatá-sokkal magyarázta, de Einstein óta a fizikusok másképp gondolkodnak erről az egységes téridőben.

Próbáljuk meg elképzelni a világegyetemet, mint egy gumilepedőt. Ez a rugalmas lepedő nagyobb tömegű testek körül olyanszerűen nyomódik be, mint ahogy egy biliárdgolyó nyomódna bele a gumilepedőbe. Minél nagyobb tömegű a test, annál nagyobb gödröt képez a téridőben. A Föld Nap körüli keringését úgy is értelmezhetjük, hogy az saját téridőgödréből nem tud szabadulni, annak falán mozog a Nap körül. Azonban ha nagyon nagy tömegű testek gyorsulnak az univerzumban, akkor a téridő „gumilepedője” hullámzásba jöhet. Ilyen esemény e két fekete lyuk egymásba csobbanása. Ez a deformálódás továbbterjed a térben – ez a gravitációs hullám, ami eléri a Földet, s mi megpróbáljuk észlelni.

Úgy képzelhető ez el, hogy a téridő egyik irányba picit megnyúlik, a másik irányba picit összenyomódik. Ezt érzékelni nagyon nehéz. Ha vonalzóval mérnénk, nem észlelnénk semmit, mert maga a mérőeszköz is megnyúlik, avagy összenyomódik a hullámzásban.

Egyetlen megoldás a fényt használni. Ha a tér megnyúlik, a fény hosszabb idő alatt ér egyik pontból a másikba, ha pedig összemegy, rövidebb idő alatt ér oda. 

Óriási probléma a mérési pontosság: hihetetlenül kis távolságokról van szó.

Az emberiség történetében először mért gravitációs hullám úgynevezett interferométeres távolságmérővel történt. A berendezésben két, egymásra merőleges, 4 km hosszúságú karban vákuumban, lézerfénnyel mérik a karok végén elhelyezett tükrök távolságát. Ha a távolság megegyező, akkor a karokban végigfutó lézerfényhullámok erősítik, ha változás áll be, kioltják egymást. A tetten ért gravitációs hullám hatására 10 a mínusz 19-en méternyi volt az eltérés, ami egy proton átmérőjének néhány tízezred része.

Ugyanakkor ezeregy tényező teheti tönkre a mérést. A szeizmikus mozgások, infrahangok, akár egy autó bekapcsolódó motorja. E „zajok” kivédésére számtalan trükköt vetettek be a kutatók: többszörös felfüggesztésű ingákra teszik a tükröket; szuperérzékeny mikrofonokkal figyelik az infrahangokat, amelyek például az űrhajók kilövésekor keletkeznek, és többször megkerülhetik a Földet. A legfontosabb pedig, hogy legkevesebb két, egymástól teljesen független mérőműszerrel kell érzékelni a gravitációs hullámot. A két amerikai LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) műszerei egymástól 3000 km távolságra vannak elhelyezve, s mindkettő ugyanakkor érzékelte a gravitációs hullámokat.

Az észlelt jel két egymásba spirálozó, összeolvadó fekete lyukból érkezett. Az elmélet szerint két fekete lyuk összeolvadása akár több millió évig is eltarthat, de a jel csupán 0,2 másodperces volt. Ahogy közeledtek egymáshoz a fekete lyukak, egyre gyorsabban keringtek egymás körül, egyre nagyobb hullámokat keltettek a téridő gumilepedőjén, míg végül összeolvadtak. Ennek a folyamatnak az utolsó 0,2 másodpercében a két fekete lyuk nyolcszor kerülte meg egymást. Tömegük külön-külön 29, illetve 36 naptömeg volt. A két test átmérője Mezőség-, illetve Szigethegység-nagyságú volt.

Azt is kiszámolták, hogy a visszamaradt fekete lyuk 62 naptömegnyi, vagyis az einsteini E=m*c2 egyenlet alapján három naptömegnyi anyag energiává alakult, amely gravitációs hullámok formájában kisugárzódott. Ez körülbelül 4500-szor annyi energia, mint amennyit Napunk teljes élettartalma alatt, kb. 10 milliárd év alatt, kisugároz. Ez a mostani felfedezés az eddigi legnagyobb energiájú jelenség, amelyet közvetlenül észlelhet az emberiség.

Olyan alapkutatási eredmény született, mely a világegyetem jobb megértését segíti. A gravitációs hullámok létezésének bizonyításával egy új, más ablakon keresztül látunk rá az univerzumra.

189 éve, 1827. március 5-én, 87 éves korában hunyt el Pierre Simon Laplace. Ötkötetes Égi mechanika című munkája a csillagászat történetének legnevezetesebb alkotása. Búcsúzó utolsó mondata:

„Amit tudunk, az vajmi kevés, amit nem tudunk, az roppant sok!”

Kozmogóniai elmélete ma már rég túlhaladott, de nélküle a ma elméletei és gyakorlati kutatásai sem léteznének. Több mint egy évszázadnyi időt felölelő programot adott kora és az őket követő időszak csillagászainak.

Az asztrofizikusok mostani felfedezései akár Laplace, akár Bolyai János korszakalkotó felfedezéseihez mérhetőek.

Visszatérek búcsúzóul Berzsenyi Dániel univerzumába. A tavaszában írja:

 

A tavasz rózsás kebelét kitárva,

Száll alá langyos levegőn mezőnkre.

Balzsamos fürtjén Zephyrek repesnek,

S illatot isznak.

Alkotó aethert lehel a világra,

Mellyre a zárt föld kipihenve ébred;

Számtalan létek lekötött csirái

S magvai kelnek.

 

A világmindenség hóvirágos rétjéről köszöntve ezzel minden kedves Olvasómat március 8. alkalmából, maradok kiváló tisztelettel.

Kelt 2016-ban, március eleji bimbófakadáskor