Összeolvadó fekete lyukak a csillagok között (modell). A folyamat gravitációs hullámokat kelt (© Caltech/MIT/LIGO Laboratory)

Mik a gravitációs hullámok? – vetődik fel a kérdés, és miért ünnepli a tudományos közösség a megtalálásukat?

Az OTKA támogatásával már 2005-ben film készült a gravitációs hullámokról. Az „Einstein befejezetlen szimfóniájá”-nak első percei innen tölthetők le: http://www.termeszetvilaga.hu/filmek/unnamed-001.avi. A film szakmai tanácsadója, Rácz István így írta le a gravitációs hullámok keletkezését: „… az Einstein-elméletben sem a tér, sem az idő nem létezik önmagában, hanem a belőlük létrejövő különleges »keverék«, a téridő veszi át szerepüket. Az Einstein-féle gravitációelméletben nincs gravitációs mező sem: a gravitációs hatásokat a téridő görbültsége idézi elő, ezt pedig a téridőben eloszló anyag sűrűsége és mozgásállapota határozza meg. A téridő görbültsége nem egyszer s mindenkorra adott, hanem – ha most visszatérünk a tér és az idő fogalmához – térben és időben is változik. A sűrűségeloszlásban beálló hirtelen változás megjelenik a téridő geometriájának változásában, és fénysebességgel fut végig magán a téridőn – ezt nevezzük gravitációs hullámnak.

Leegyszerűsítve mondhatjuk azt, hogy a csillagokban vagy a csillagok között lejátszódó események keltenek fodrozódást a téridőben, és ez terjed tova?

Igen; az pedig, hogy csak hatalmas méretű testek – csillagok vagy akár galaxisok – idéznek elő a téridő geometriájában oly mértékű fodrozódást, amelyet esetleg már meg is figyelhetünk, annak a következménye, hogy a gravitációs kölcsönhatás a négy ismert alapkölcsönhatás közül a leggyengébb, bár hatótávolsága gyakorlatilag végtelen. Az elektromos kölcsönhatás bizonyos szempontból hasonló, de megfigyeléseink szerint globális méretekben nincsenek elektromosan pozitívan vagy negatívan töltött, elkülönült tartományok, így az elektromos kölcsönhatás, bár ugyancsak végtelen hatótávolságú, leárnyékolódik.” 

Ezért mondják, hogy a gravitációs hullámok érzékelése új ablakot nyit a világegyetemre. A felfedezésnek akkora a jelentősége, mint a bolygók, csillagok első távcsöves észlelésének! A gravitációs hullámok detektálásával eddig ismeretlen, új objektumokat, folyamatokat fedezhetnek fel.
 

A hanfordi LIGO-obeszervatórium (© Caltech/MIT/LIGO Laboratory)

Miért tartott száz évig a jelenség felfedezése? Azért, mert nagyon pici effektust kell kimutatni. Einstein nem is hitte, hogy ez lehetséges. Ahogyan Frei Zsolt, az ELTE-n működő kutatócsoport vezetője érzékeltette az esemény alkalmából rendezett sajtótájékoztatón: olyan pontosságot kellett elérni, mintha a Föld és a Nap távolságát egy atomátmérőnyi pontossággal akarták volna meghatározni. 

A most észlelt gravitációs hullámok két fekete lyuk összeolvadásából keletkeztek egy 1,2 milliárd fényévre levő galaxisban. Fekete lyukpárokat és mérhető idő alatt bekövetkező összeolvadást eddig még detektáltak közvetlenül. A folyamatban 3 naptömegnyi anyag alakult át energiává, a másodperc törtrésze alatt. Ekkora energiájú eseményt sem észleltek még a csillagászat történetében. 

A felfedezésről, a mérésről részletesen tájékoztat a LIGO kollaboráció magyar nyelvű honlapja: http://ligo.elte.hu/ Az eredményekről szóló első beszámoló a Physical Review Lettersben jelent meg. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102#fulltext
 

A livingstoni LIGO obszervatóriumban (© Caltech/MIT/LIGO Laboratory)

A LIGO kollaborációban részt vesznek az ELTE Eötvös Gravity Research Group, az MTA Atommagkutató Intézet, a Szegedi Tudományegyetem és a MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai. Az elméleti munkán túl műszerépítéssel segítik a detektorok zajszintjének csökkentését, műszak- és riasztási felügyeletet, adatelemzési és szoftverfejlesztési feladatokat látnak el. 

A debreceni Atomki kutatói nemcsak a LIGO, hanem például a CERN számára is készítenek műszereket. Fülöp Zsolttól, az intézet korábbi igazgatójától megkérdeztük, hasznosulhatnak-e ezek a berendezések a hétköznapi életben: „Természetesen nekünk az a célunk – válaszolta –, hogy különleges berendezések kerüljenek ki az intézetből. Ezek mindig egyediek: egyszer fedezik fel a gravitációs hullámot, egyszer fedezik fel a Higgs-bozont.

A berendezések megtervezéséhez olyan tudásra van szükség, mint a Forma–1-es autókéhoz – és a versenyautók sem a városban futnak. Később azonban a fejlesztések eredményei bekerülhetnek a tömeggyártásba. A kutatók mindig a csúcsra próbálnak törni, de nem mindig rajtuk múlik, hogy a csúcsról leszivárog-e valami a mindennapi életbe.” 

A kutatás támogatásához az OTKA és az NKFI Hivatal is hozzájárul. Frei Zsolt, az ELTE tanszékvezető professzora 2011-es pályázatában azt jósolta, hogy a LIGO a következő öt évben nagy valószínűséggel detektálja a gravitációs hullámokat. A jóslat bevált! A projekt legnagyobb sikerének mégis azt a világra szóló számítási és technológiai fejlesztést tartotta, amely akkor már tíz éve haladt a tervek szerint. Most megkérdeztük, mit jelent számukra az a relatíve kicsi anyagi támogatás, amelyet Magyarországról kaphatnak ehhez a munkához. „Az Amerikai Kutatási Alap, az amerikai adófizető állampolgárok pénzéből, húsz év alatt egymilliárd dollár szánt erre a munkára – válaszolta. – Mi a Lendület-projekt és más támogatások jóvoltából egymillió dollárt – két-háromszáz millió forintot – szántunk a csoport jó tízéves munkájára: ez az amerikai járulék ezredrésze. Ezzel szemben a frissen megjelent cikkben a körülbelül ezer szerzőnek a százada magyar. Azt mondanám, hogy ez tízszeres »kihozatal« az átlaghoz képest. 

Ma – nemzetközi összehasonlításban – kevés pénz jut a tudományra Magyarországon, de a magyarok effektíven dolgoznak. Ha meg nézzük, hány cikk jelenik meg ebből a pénzből, mennyibe kerül a magyar adófizetőknek egyetlen tudományos publikáció, akkor megállapíthatjuk, hogy a világon élenjáró módon vagyunk hatékonyak.”

2016. február