Gravitációkutatók kapták az idei fizikai Nobel-díjat

Vasúth Mátyás: kinyílt a fülünk is az univerzumra

MH/MTI – 2017.10.03. 12:09 –

A gravitációs hullámok kutatása terén elért eredményeiért három amerikai tudós kapja az idei fizikai Nobel-díjat a Svéd Királyi Tudományos Akadémia keddi stockholmi bejelentése szerint.

Rainer Weiss, valamint Kip Thorne és Barry Barish a LIGO (lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium) létrehozásában és a gravitációs hullámok megfigyelésében végzett munkájával érdemelte ki az elismerést.

Vasúth Mátyás: kinyílt a fülünk is az univerzumra
Kinyílt a fülünk is az univerzumra, nemcsak a szemünk - emelte ki az MTI-nek Vasúth Mátyás fizikus az idei fizikai Nobel-díjasok munkájának jelentőségét.
Vasúth Mátyás, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Wigner Fizikai Kutatóközpontjának munkatársa úgy fogalmazott, a gravitációs hullámokat a hangokhoz lehetne hasonlítani, általuk "halljuk is az univerzumot". Felhívta a figyelmet arra, hogy eddig elektromágneses spektrummal vizsgálták azokat a jelenségeket, amelyek most már a LIGO által is megismerhetők.
A gravitációs hullámok létezését Albert Einstein már 1915-ben felvetette, amikor kidolgozta az általános relativitáselméletét - emlékeztetett, hozzátéve, hogy a tudós úgy vélekedett: a téridő görbületének e hullámszerű változásai olyan apró hatások, hogy nem lesznek mérhetők.
Sok technikai fejlesztésre volt szükség, hogy mégis mérni tudják őket: az 1970-es, 1980-as években kezdték építeni a detektorokat, amelyekkel 2015 őszén végül közvetlenül megfigyelték a gravitációs hullámokat - részletezte Vasúth Mátyás.
Elsőként ez az Egyesült Államokban lévő LIGO detektorral sikerült, időközben azonban európai Virgo detektor fejlesztése is folyamatban volt. Utóbbi idén augusztusban kapcsolódott a mérésekhez, és két héttel a bekapcsolása után megszületett az első háromdetektoros észlelés.
Eddig négy gravitációs hullámjelet észleltek, ezek összeolvadó fekete lyukak által sugárzott hullámok voltak - mondta, hozzátéve, hogy az észlelések révén sok mindent tudtak meg ezekről az objektumokról: például olyan tömegtartományban voltak, amit nem jósoltak az eddigi csillagászati megfigyelések, vagyis újfajta forrást fedeztek fel.
A gravitációs hullámokkal tehát új ablak nyílt a kutatók számára az univerzumra, új megfigyelési módszerrel lehet vizsgálni a világegyetemet. Ez az módszer mintegy kiegészíti az elektromágneses megfigyeléseket, a szokásos optikai megfigyeléseket - fogalmazott Vasúth Mátyás.
A detektorokról elmondta: óriási lézerinterferométerek. A LIGO detektorainak egyike a Louisiana állambeli Livingstonban, a másik a Washington állambeli Hanfordban van, két, négy kilométeres, egymásra merőleges vákuumkarból állnak. Az Olaszországban lévő Virgo detektor vákuumkarjai három kilométeresek.
A detektorok végén tükrök helyezkednek el, a lézerfény a tükrök között verődik oda-vissza, és a gravitációs hullámok apró változásokat okoznak ezekben a távolságokban - részletezte. Kiemelte, érzékeny detektorok kellenek ahhoz, hogy ezeket a változásokat érzékelni tudják. A kutatók a lézerfény változásával mérik a gravitációs hullámokat.
A detektorok kifejlesztéséhez több tíz év kellett. 2011-ben az elsőgenerációs detektorokat leállították, jelentős fejlesztéseken estek át. E fejlesztések eredménye, hogy a detektorok újbóli bekapcsolása után - 2015 szeptemberében - sikerült közvetlenül is megfigyelni a gravitációs hullámokat - tette hozzá.
Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban évtizedek óta folyik gravitációshullám-kutatás. Az intézet 2010-ben csatlakozott a Virgo tudományos együttműködéshez.
A LIGO együttműködésben a Frei Zsolt asztrofizikus által irányított Eötvös Gravity Research Group, valamint a Szegedi Tudományegyetemről Gergely Árpád László kutatócsoportja vesz részt magyar részről.
A Virgo és LIGO kutatói 2007-ben kötöttek megállapodást az adatok megosztásáról, a közös adatelemzésekről és az eredmények közös publikálásáról.

Évtizedekig tartó kutatás után tudósok egy nemzetközi csoportja 2015. szeptember 14-én két fekete lyuk ütközése révén végre közvetlen bizonyítékot talált az Albert Einstein által egy évszázada megjósolt gravitációs hullámok létezésére, vagyis a téridő görbületének hullámszerűen terjedő megváltozására. A gravitációs hullámok egy 1,3 milliárd fényévnyire lévő galaxisból érkeztek a Földre, ahol az Egyesült Államokban működő LIGO észlelte őket.
A jelek igen gyengék voltak, mire elérték a bolygót, de már ez is forradalmat ígért az asztrofizikában - olvasható az indoklásban. A gravitációs hullámok révén a világűrben zajló jelentős események megfigyelésének teljesen új útja nyílik meg, ami jelenlegi tudás határait feszegeti - fűzték hozzá.
Eddig többek között elektromágneses sugárzásra és a részecskékre, például a kozmikus sugárzásra vagy a neutrínókra támaszkodva kutatták a világegyetemet. A gravitációs hullámok viszont közvetlen nyomai a téridő változásainak. Ez teljesen új irányt szab a kutatásoknak és ismeretlen területekre nyit ajtót. Felfedezések garmadája vár azokra, akiknek sikerül észlelni a hullámokat és megfejteni az általuk hordozott üzenetet - írta az akadémia.
A LIGO együttműködésben több mint húsz ország ezernél is több kutatója vesz részt, munkájuk csaknem ötven éves elképzelést váltott valóra az obszervatórium megépítésével és a gravitációs hullámok közvetlen észlelésével.   

A három kitüntetett munkája felbecsülhetetlen volt a LIGO sikerében az indoklás szerint. Rainer Weiss, Kip Thorne és Barry Barish vezető szerepet játszott az obszervatórium létrejöttében, ezáltal abban, hogy négy évtizednyi erőfeszítés után két éve sikerült végre közvetlenül észlelni a gravitációs hullámokat.Einstein pár hónappal azután, hogy közzétette általános relativitáselméletét, 1916 júniusában jósolta meg, hogy minden gyorsuló tömeg gravitációs hullámot kelt és a hullámok annál erősebbek, minél nagyobb az objektum tömege. Gravitációs hullámokat tehát elsősorban nagyszabású kozmikus események, például szupernóvák vagy összeolvadó fekete lyukak keltenek, a hullámok azonban még ezek esetében is csak olyan parányi - pár kilométeres távolság esetén a proton átmérőjének töredékét jelentő - változásokat okoznak a téridőben, hogy még maga Einstein sem hitt abban, hogy valaha mérhetők lesznek. Közvetve 1974-ben sikerült kimutatni őket.

A LIGO a világ egyik legérzékenyebb tudományos műszere, amely nemrég esett át nagyszabású fejlesztésen. Az egymilliárd dolláros szerkezet két egyforma, négy kilométer hosszú lézerdetektorból áll, amelyeket a kaliforniai és a massachusettsi műszaki egyetem, a Caltech és az MIT épített abból a célból, hogy a Földet elérő gravitációs hullámok által okozott rezgéseket észleljék. A detektorok egyike a Louisiana állambeli Livingstonban, a másik a Washington állambeli Hanfordban van és a proton méreténél tízezerszer kisebb változásokat képesek mérni a téridőben.
Az adatokat nemzetközi összefogásban értékelik, az együttműködésben magyar kutatócsoportok is közreműködnek: köztük a Frei Zsolt asztrofizikus által irányított Eötvös Gravity Research Group és a Wigner Fizikai Kutatóközpont, amelynek munkatársai a LIGO és az Olaszországban működő Virgo detektor közös adatfeldolgozásában vesznek részt.

A kitüntetettek 9 millió svéd koronával ((291,6 millió forintos összeggel) gazdagodnak. Ennek felét Rainer Weiss kapja, a másik felén Kip Thorne és Barry Barish osztozik. A díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.
Az 1932-ben Németországban született Rainer Weiss a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) professzora. Családja a náci uralom elől menekült az Egyesült Államokba 1938-ban. Az MIT-n végezte tanulmányait, majd tanított a Tufts Egyetemen, a Princeton Egyetemen és 1964-ben tért vissza az alma materébe. Két alapvető fizikai kutatási területe, a kozmikus háttérsugárzás és az interferométeres gravitációshullám-megfigyelés. Weiss úttörőmunkássága a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás mérésében közismert a tudományos közösségben, ő volt a társalkotója és tudományos tanácsadója az amerikai űrkutatási hivatal, a NASA COBE csillagászati műholdjának, amelynek feladata a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás vizsgálata volt. Weiss volt az egyik megalkotója a lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatóriumnak, és a LIGO-projekt társalapítója, szellemi vezetője. Számtalan tudományos díj köztük az Einstein-díj, a Gruber-díj, a Shaw-díj, a Kavli-díj, és idén az Asztúria Hercegnője Díj kitüntetettje.

A 71 éves Barry Barish 1957-ben diplomázott a Kaliforniai Egyetem fizika szakán. 1963 óta kutat a Kaliforniai Műszaki Egyetemen (Caltech). Az 1990-es évek óta elsődleges kutatási területe a LIGO. 1997-ben hozta létre a LIGO nemzetközi együttműködést, amelyben ma már a világ több mint ezer tudósa dolgozik.

Az 1940-ben született Kip Thorpe a Caltechen szerezte diplomáját, majd a Princeton Egyetemen PhD fokozatát. A Caltechen fő kutatási területe a gravitációs fizika és az asztrofizika, a feketelyukak és a gravitációs hullámok. Az 1970-es és 80-as években fejlesztette ki a gravitációs hullámok elemzésének matematikai formáit. Társalapítója a LIGO-projektnek.

Úttörő felfedezés

Teljesen új utakat és lehetőségeket nyitott az asztrofizikában a gravitációs hullámok létére közvetlen bizonyítékkal szolgáló lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium (LIGO), méltán kaptak elismerést a szerkezet elméleti alapjait kidolgozó tudósok - mondta az MTI-nek Frei Zsolt Széchenyi-díjas asztrofizikus, az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) Fizikai Intézetének igazgatója.

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia keddi stockholmi bejelentése szerint a gravitációs hullámok kutatása terén elért eredményeiért három amerikai tudós, Rainer Weiss, valamint Kip Thorne és Barry Barish kapja az idei fizikai Nobel-díjat
Frei Zsolt hozzátette: a 2016-ban bejelentett világraszóló észlelés után várható döntés volt, hogy LIGO alapjait kidolgozó tudósok Nobel-díjat fognak kapni munkájukért.
Albert Einstein 1916-ban jósolta meg a gravitációs hullámok létét, azonban úgy vélte, a gravitációs annyira gyenge az elektromágneses kölcsönhatáshoz képest, hogy az emberiség sosem lesz képes a kimutatására. Ez ugyanis egy tíz a mínusz huszonegyediken nagyságrendű effektus, vagyis egy méteres rúd hossza a gravitációs hullámok hatására csupán egy proton átmérőjének egy milliomod részével változik meg - magyarázta a kutató.
Mint érzékeltette, a gravitációs hullámok kimutatásához a Nap és a hozzá legközelebbi, négy fényévre található csillag közötti távolságot egy emberi hajszál átmérőjének pontosságával kell tudni megmérni. Ez borzasztóan nehéz feladat, de a LIGO most pontosan erre képes.
Az 1960-as-1970-es évekig nem volt elég fejlett a technológia ahhoz, hogy bárki próbálkozni merjen ilyen méréssel. Elsőként Joseph Weber próbálta tömegrezonátorokkal igazolni a gravitációs hullámok létét. Néhány köbméteres alumíniumhengert függesztett fel és úgy vélte, ki lehet majd mutatni, ha a gravitációs hullámok megrezegtetik a szerkezetet. A tömegrezonátorok érzékenysége sajnos kevés volt és nem sikerült tovább tökéletesíteni a találmányt - mondta Frei Zsolt, aki az ELTÉ-n működő kutatócsoportjával maga is részt vesz a LIGO nemzetközi együttműködésben.
Ezt követően állt elő Kip Thorne, Rainer Weiss és az idén elhunyt Ronald Drever azzal az ötlettel, hogy lézeres interferométerrel keressék tovább a gravitációs hullámokat - fűzte hozzá. Az egymilliárd dollárból fejlesztett LIGO két egyforma, négy kilométer hosszú lézerdetektorból áll, amelyek egyike a Louisiana állambeli Livingstonban, a másik a Washington állambeli Hanfordban van.