Előfizetés a lapra

Kozmológiai buborék a Földön és az égen

A hét kutatója, asztrofizika, csillagászat, FameLab, interjú, kozmológiai

2019/02/19

Kis-Tóth Ágnest a legnagyobb rosszindulattal sem lehetne szakbarbárnak nevezni. Az ELTE Atomfizikai Tanszék doktorandusza eredetileg matematikusként végzett, de fizikai kísérleteket mutatott be az Atomcsill-en, sőt táncol és fest is. Doktorijában kozmológiai ionizált buborékokkal foglalkozik. Ezen objektumok megismerésével fény derülhet az univerzum fejlődésének egy meghatározó, de eddig ismeretlen korszakára. Ez már önmagában is izgalmas téma, de beszélgetésünk apropóját az adja, hogy a fiatal kutató nyerte a hazánkban először megrendezett FameLab tudománykommunikációs versenyt.

(Trupka Zoltán felvétele)

– Ahogy a bevezetőből is kitűnik, sok mindennel foglalkozik egyszerre. Kislányként mit válaszolt arra a kérdésre, hogy mi leszel, ha nagy leszel?

– Azt, hogy űrhajós! Nem tudom megmagyarázni miért, de kiskoromtól bennem volt, hogy űrhajós szeretnék lenni, és titkon mindig kerestem a lehetőséget erre. Le is szoktam ellenőrizni néha az Európai Űrügynökség honlapját, különösen mióta az ESA tagja lettünk.

– Ez a vágy vezette a matematikához?

– Tudtam, hogy ha valaki űrhajós akar lenni, akkor jól jön a természettudományos diploma. De nem ez motivált, a matek mindig része volt az életemnek. Szüleim is matektanárok voltak, kisgyerekként koordinátarendszeres játékokkal játszottam, ezért természetesnek tűnt, hogy ezt választom, amikor jelentkeztem egyetemre. Azt azonban még én sem tudtam kiszámítani, hogy ez mennyire más lesz a gimnáziumhoz képest. Mintha kinyílt volna előttem egy új világ.

– Az életrajzában is jelentős helyet foglal el a matematika. Olyan témákkal foglalkozott, mint a topológia vagy a diszkrét matematika. Nem akarok indiszkrét lenni, de miért váltott mégis?

– Matematika tanulmányaim után tanítani kezdtem, majd nyolc évig dolgoztam a Pázmány Péter Katolikus Egyetem informatika karán. Mind a matek, mind a tanítás nagyon fontos része lett az életemnek. Viszont kíváncsi természet vagyok, sok minden érdekel, néha túl sok is. Egyre több izgalmas fizikai jelenségről olvastam vagy hallottam, míg egy ponton úgy éreztem, hogy muszáj róluk többet tudnom. Ezért döntöttem, újra tanulásra adom a fejem. De nem érzem úgy, hogy váltottam. Inkább csak bővült a paletta. Egy ideig a részecskefizika és az asztrofizika, vagyis a nagyon apró meg a nagyon nagy dolgok között hezitáltam. A csillagok világa azonban mégis kicsit közelebb állt hozzám, ezért léptem ebbe az irányba.

A reionizáció folyamata (FORRÁS: firstgalaxis.org)

Az ELTE Atomfizika Tanszékén Frei Zsolt tanár úrral beszélgettem a lehetőségekről és rajta keresztül jutottam el Haiman Zoltánhoz, aki a Columbia Egyetemen dolgozik. Velük kezdtem el a munkát. Kutatási témám a galaxisok és kvazárok körüli, úgynevezett kozmológiai ionizált buborékok kialakulásának, szerkezetének és spektrumának vizsgálata.

– Ez jól hangzik, de mit jelent?

– A csillagok és galaxisok közötti térben található anyag sokkal ritkább, mint bármelyik földi körülmények között előállított vákuumban, de az űr mégsem teljesen üres. Valójában körülbelül kilencszer annyi anyag van a csillagok és galaxisok közötti térben, mint magukban a csillagokban. Csakhogy ez az anyagmennyiség nagyon nagy térfogatban oszlik el. Legnagyobb arányban hidrogént találunk itt, továbbá héliumot, egyéb kémiai elemeket és csillagközi port. A nagyon forró csillagok, melyek a Napnál ezerszer, de akár milliószor fényesebbek is lehetnek, sok nagyenergiájú fotont sugároznak ki, így képesek a környezetükben lévő anyagot ionizálni. Az ionizáció közel gömb alakban terjed, ezért szokták őket buborékoknak is nevezni. Haiman Zoltán ötlete volt, hogy azokat a modelleket, amelyeket alapvetően csillagok körüli ionizált régiók leírására használnak, módosítsuk kvazárok körüli ionizált buborékokra.

Jelenlegi elképzelésünk szerint a galaxisok közepén szupermasszív fekete lyukakat találunk, melyek tömege a Napénak millió, sőt milliárd szorosa is lehet. Időről időre ezek a fekete lyukak anyagot nyelnek el a környezetükből. A felforrósodó anyag pedig energiája egy részét kisugározza még mielőtt elnyelődne. Az ilyen – úgynevezett aktív – galaxismagok egyik legfényesebb típusa a kvazár, ami képes túlragyogni a saját galaxisát, vagyis több milliárd csillag együttes fényét is.

A forró csillagokhoz hasonlóan a kvazárok is képesek ionizálni a környezetüket, sőt! Nagyobb intenzitásuknak köszönhetően az általuk ionizált buborék sokkal nagyobb méretű, egy átlagos galaxis méretének a százszorosát is elérheti. A kozmológiai kifejezést is azért használjuk, mert a csillagok körül megfigyelhető buborékokhoz képest, sokkal nagyobb méretű, ráadásul tőlünk távolabb elhelyezkedő ionizációs régiókról van szó.

A FameLab hazai döntősei (FORRÁS: britishconcill.hu)

 

Mi elsősorban olyan kvazárokat céloztunk meg, amelyek közel 13 milliárd fényévre vannak tőlünk, az univerzum még egy milliárd éves sem volt, amikor megszülettek. Ez még érdekesebbé teszi a kutatásukat. Kihívást jelent, hogy az általuk ionizált kozmológiai buborékoknak a mérete és a távolsága miatt már bele kell venni az egyenletekbe azt is, hogy az univerzum tágulása milyen hatással van a folyamatokra.

– Hogyan tudják ezt megfigyelni vagy mérni?

– A kvazárok nagyon fényesek, ezért már igen nagy távolságban is sikerült megfigyelnünk őket. A fényforrás körüli ionizált régió is sugároz, azonban csak bizonyos frekvenciákon és sokkal kisebb intenzitással, ezért ezek mérése nehezebb. A számomra legérdekesebb nagyon távoli régiók kutatása egyelőre elméleti, de – terveink szerint – ez a közeljövőben változni fog. A 11-12 milliárd fényévre lévő kvazárok körüli ionizált buborékokat mostanában kezdik felfedezni a Very Large Telescope egyik műszerével. Ha felbocsájtják a James Webb Űrteleszkópot, akkor a még távolabbi buborékok is láthatóvá válhatnak. A mi célunk az, hogy előrejelzést adjunk, mit lehet és mit érdemes majd vizsgálni.

– Asztrofizikai szempontból mi a jelentősége ezeknek a buborékoknak?

Az Ősrobbanás kezdeti szakasza után egy ideig nagy sötétség uralkodott, aztán felragyogtak az első csillagok, majd kialakultak a galaxisok és kvazárok is keletkeztek. Ezek elkezdték ionizálni a környezetüket. Egy ponton már olyan sok forrás volt és annyira megnőttek az ionizációs buborékok, hogy szinte teljesen lefedték az univerzumot. Ezt hívjuk a reionizáció korszakának. Ezt kb. 13 milliárd évvel ezelőttre datálhatjuk. Korábban jórészt semleges volt a világegyetem, ezt követően, ahogyan ma is, a galaxisközi tér ionizáltnak tekinthető. A reionizáció folyamata még nincs jól feltérképezve, mi pont azért foglalkozunk ennek az időszaknak a nagyon intenzív fényforrásaival és az általuk ionizált buborékokkal, hogy pontosabb képet kaphassunk erről a máig ismeretlen korszakról.

– A FameLab döntőjében a zsűri elnöke előadóművészként aposztrofálta Önt, amiben semmi túlzás nem volt, hiszen mozgásművészeti elemek is megjelentek az előadásában. A matematikusi énje mellett fel tudja használni a kutatásaiban a művészi hajlamait is?

– A kozmológiai ionizációs buborékoknál ki kellett találnunk, hogyan alkalmazzuk a csillagok körüli régiók matematikai egyenleteit úgy, hogy az működjön a reionizáció előtti kvazárokra is. A matematikus énem miatt nagyon élvezem a kihívást. Az eredeti végzettségem legnagyobb előnye a gondolkodásmód. A kreativitás pedig mindig jól jön, ha meg szeretnénk találni azokat a pontokat, ahol a fizika és a matematika találkozik, és azokat az ötleteket, amelyek közelebb visznek a megoldáshoz. Ezért számomra fontos, hogy a kreatív és művészeti tevékenységek is állandó részei legyenek az életemnek.

Trupka Zoltán

2018/23