Szoros kettős?

Március elején jelent meg a preprint szerveren egy cikk, amelynek szerzői egy feltételezett kettős szupernagy tömegű fekete lyukat tartalmazó aktív galaxis magról írnak. A forrást a Pan-STARRS1 (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) Medium Deep Survey program keretében fedezték fel. A Pan-STARRS1 a Hawaiion, a Haleakala hegyen található 1,8 méteres teleszkóppal végez nagy látószögű (7 négyzetfokos) égboltfelméréseket.

Haleakala Obszervatórium (www.ifa.hawaii.edu/haleakalanew/observatories.shtml)

A Medium Deep Survey keretében 10 egyenként 8 négyzetfokos égterületet vizsgálnak több epochában, 5 színszűrővel. A célforrások közé tartoznak például a folyamatosan változó fényességű kvazárok. Ezek közül kerestek olyanokat a szerzők, amelyek periodikus fényességváltozást mutatnak és így találtak rá a fenti cikkben tárgyalt forrásra.

A Pan-STARRS1 fénygörbék alapján egy nagyjából 540 napos periódust azonosítottak. Korábbi (8.5 évvel ezelőtti) mérések is alátámasztják ezt a változékonyságot. A megfigyelt periódust (illetve annak vöröseltolódással korrigált értékét) a szerzők a keringési periódussal azonosították. A központi gravitáló tömegre, amely közel 10¹⁰ naptömegnek adódott, a háromszorosan ionizált szén vonal szélességéből következtettek. Ebből pedig már meg is lehet határozni a kettős szeparációját, ami 7 Schwarzschild sugár, azaz nagyjából 6 ezred parszek. Ez egy olyan kicsi távolság (legalábbis csillagászati értelemben nézve), hogy Naprendszerbeli távolságokkal is összevethető. A 6 ezred parszek nagyjából 1240 CsE, a Naprendszerben a Kuiper-öv nagyjából 50 CsE-ig húzódik, az Oort-felhő viszont 5000 CsE-nél kezdődik. Tehát a két feltételezett szupernagytömegű fekete lyuk (jóval) közelebb van egymáshoz, mint a Nap és az Oort-felhő belső határa!

A szerzők szerint a kettős összeolvadása tehát a nem is olyan távoli jövőben várható. Az ilyenkor várható gravitációs hullámokat elvileg az úgynevezett Pulsar Timing Array (PTA) mérési technikával lehet kimutatni. (A PTA-k alapja, hogy a pulzárok nagyon pontos periodikus jeleinek eltéréseiből következtetnek a gravitációs hullámok hatására a téridő szerkezetében bekövetkező változásokra.) Emellett elméleti modellek a rendszer, különböző hullámhosszakon megfigyelhető, fényességváltozásait is előrevetítik. Ebből a legkézenfekvőbb az optikai tartományban kimért periódus csökkenése, hiszen ha ez tényleg a kettős pályaperiódusának feleltethető meg, akkor ahogy közelednek a fekete lyukak egymáshoz, ez is egyre rövidebb lesz.

Látogatás a szardíniai rádió teleszkópnál

Ezen a héten az EVN szimpóziumon veszek részt, Cagliariban, Szardínián. A szimpóziumon főleg az európai VLBI hálózatot használók gyűlnek össze és ismertetik a legfrissebb VLBI, e-VLBI eredményeket. EVN szimpóziumot minden második évben rendeznek, a mostani a 12. a sorban. Az előadásokról majd részletesebben fogok beszámolni egy másik bejegyzésben, most csak a mai napra tervezett kirándulásról akarok írni, a nemrégiben (2013 őszén) átadott szardíniai rádióteleszkóphoz. 

A 64 méteres tányér nagyjából negyvenvalahány kilométerre van Cagliaritól, eléggé kihalt vidéken.(Olyan sok résztvevő van a konferencián, hogy három busszal vittek minket oda). A projektet még 2001-ben kezdték el, de az első földmunkákat is már 2003-ban végezték. Hát egy kicsit elhúzódott a dolog :). A tányért Egyiptomban készítették és a helyszínre szállítás sem volt egyszerű folyamat. (Összehasonlításképpen a szintén 65 méteres sanghaji Tianma antennát 2009-ben kezdték el építeni és szintén 2013-ban adták át. A kínai űrprogram miatt, amire nagyrészt használni akarják, nem nagyon lehetett késlekedni.) 

Az SRT-t (Sardinia Radio Telescope) úgy tervezték, hogy 300 MHz-től akár 100 GHz-ig is képes legyen észlelésre. Ez azt jelenti, hogy a tányér, és a segédtükör felületének legalább 300 mikrométeres pontossággal kell megmunkáltnak lennie. Ezt szerencsére sikerült is elérniük. Jelenleg még csak három vevő van készen, az L-sávú, egy 5,7-7,7 GHz-en működő (itt van a methanol mézer vonal) és a 22 GHz-es (K-sávú). 

Jelenleg a tudományos tesztek folynak, ennek fő célja, hogy a lehetséges hibákat megtalálják, kijavítsák és elkészítsék a tudományos megfigyelésekhez szükséges kiegészítő programokat. A legfontosabb feladatok közé tartozik, hogy mielőbb felkészítsék az antennát az Európai VLBI Hálózatban (EVN) és az európai pulzár megfigyelő hálózatban (LEAP, Large European Array for Pulsars) való részvételre, valamint természetesen az egyedi antennaként való működésre is. Jelenleg a legnagyobb és legsürgetőbb probléma az emberhiány, emiatt sajnos nincs mód arra hogy éjszaka is működjön a teleszkóp. (Általában igaz, hogy az európai uniós támogatások nem terjednek ki üzemeltetésre, azt  a helyi kormányoknak, szervezeteknek kell állniuk.) Az első VLBI teszteket sikeresen végezték 2013 januárjában más olasz antennákkal és idén márciusban az EVN-nel is legalábbis az L és K sávban. Ezért biztosak benne, hogy műszakilag a rendszer kész EVN megfigyelésben részt venni. Viszont a valós idejű, tehát az e-EVN-be való csatlakozására még várni kell, mert a szükséges optikai kábelek előreláthatólag csak egy, másfél év múlva érnek az antennához. 

A vevők tekintetében a 43 GHz-esre már meg van a pénz és optimisták a magasabb 86 GHz-en működő vevővel kapcsolatban is. 

Az antenna nagyon szép volt. (Bár amikor felénk fordították a tányért látszott, hogy nem ma készült.) A kiszolgáló épületek, állítólag év végére elkészülnek. 

A szervezők egyébként egy hihetetlenül finom terülj-terülj asztalkámat szerveztek ebédnek. Állítólag helyi termékekből készült ételeket, italokat fogyaszthattunk. Ezekszerint a sült paprika nem(csak) erdélyi étel :) A paradicsomos tarhonyaféleség volt a kedvencem, de a sonka, sajt és az olívabogyó is isteni volt! Volt népviseletbe öltözött fogadószemélyzet is, akik a kezdeti elfogódottság után már felszabadultan fotózták az egzotikus rádiócsillagász hordát. 

Hollandiai kiruccanás

Áprilisban közel két hetet töltöttem kollégámmal a JIVE-ban, Dwingelooban, hogy EVN mérési adatokat dolgozzunk fel és cikket írjunk. Minden adott a nyugodt munkához, hiszen az intézet (és a vendégház) egy nemzeti park területén van, 

View Larger Map

ahol maximum a madárcsicsergést lehet hallani és esetleg az erdőben őzekkel találkozni:

Kivéve amikor éppen valamilyen rendezvény van és megérkezésünk utáni hétvégén pont volt is egy. A felújított dwingelooi rádióantennát adták át. A 25 méteres parabolaantennát 1956 áprilisában vették használatba, pár hónapig ez volt a legnagyobb mozgatható rádióteleszkóp. (A 76 méteres nagy-britanniai Lovell teleszkóp 1957 nyarán kezdte el a működését.) Az utóbbi pár évben már nem használták a műszert és csak rozsdásodott. Szerencsére sikerült kitalálni egy olyan konstrukciót, amelynek keretében megmentették, és teljesen felújították az antennát.

A rádióamatőrök és amatőr csillagászok fogtak össze, és hoztak létre egy alapítványt (C. A. Muller Radio Astronomie Station, vagy CARMAS), hogy összegyűjtsék az ehhez szükséges pénzt, és elérték azt is, hogy a teleszkópot műemlékké nyilvánítsák, amivel a jövője is némiképp biztosított lehet. Egyébként az antennát teljes egészében az amatőrök fogják használni. Természetesen terveznek diákoknak gyakorlatot, bemutatókat, stb., de művészeti projektekre is akarják használni a teleszkópot. A Moon-bounce (mondjuk magyarul Hold-visszhang) lényege, hogy egy képet, vagy zeneművet sugároznak a Holdra, a visszavert jelekből újra összeállítják, persze valamilyen veszteséggel. A megnyitón volt is egy ilyen előadás, Daniela de Paulis olasz művész a híres Blue Marble képet (a Földről az Apollo 17 legénysége készítette kép) torzulását mutatta be többszöri Föld-Hold út bejárása után.

Az 1956-os rendezvényen részt vett az akkori holland királynő Julianna, az újra átadásra a királyi családból nem jelent meg senki, de a Nobel-díjas Jospeh Taylort sikerült a szervezőknek elhívniuk. Ő amellett, hogy rádióamatőr :), 1993-ban korábbi doktorandusz hallgatójával, Russell Hulse-szel megosztva kapta meg a fizikai Nobel-díjat az első kettős pulzár felfedezéséért. (Megjegyzem, érdemes elolvasni Hulse előadását, kifejezetten érdekes, élvezetes bepillantást nyújt a korai pulzár kutatásba, amikor még a számítógépek szobányi méretűek voltak.) Sajnos Taylor nem tartott igazi (számomra érdekes) tudományos előadást, inkább a rádióamatőrökhöz szólt.

Az átadás előtti napon viszont hallottam egy előadást (a felfedezésről szóló cikk idén januárban jelent meg) egy nagyon érdekes rendszerről, amely egy pulzárból és két fehér törpéből áll. A hármas olyan közel kering egymáshoz, hogy a Nap-Föld pályán belül elférnének. Az egzotikus rendszer kialakulását bonyolult többszörös anyagátadással magyarázzák ebben a cikkben.

Nade térjünk vissza az aktív galaxismagokhoz. Az ottlétem alatt sikerült véglegesíteni egy korábbi EVN mérés adatfeldolgozását. Abban a projektben egy (az optikai színképvonalai alapján) feltételezhetően kettőst AGN-t tartalmazó Seyfert galaxist vizsgáltunk rádiótartományban. Az interferométeres hálózatban kínai és dél-afrikai antenna is részt vett, így nagyon jó volt a felbontás. Szerencsére nem volt különösebb probléma a mérés során, egész jó érzékenységet tudtunk elérni. Viszont csak egy rádió objektumot találtunk. Így elég nagy biztonsággal állíthatjuk, hogy csak egy rádiósugárzó AGN található a galaxisban.

A JIVE-ban sok ismerőssel találkoztam, bár mindegyiküknek örültem, volt akin megdöbbentem. Egyikük például külföldi kimagaslóan sikeres posztdoktori állás után tért haza Spanyolországba, akkor úgy gondolta végleg. Sajnos a gazdasági válság az ő intézetét sem kímélte, ezért most a JIVE-nál support scientist. Ami egyrészről nagyon jó, mert van állása, másrészt az ő tudásával sokkal többet érdemelne (lehetőséget, hogy nagyobb időben foglalkozzon a saját kutatásával).

Az ottlétünk egybeesett az e-MERLIN távcsőidő-kérelem beadási határidejével. Még 2013 szeptemberében kaptam távcsőidőt a rendszerre, de azóta nem értesítettek a program állásáról. Így írtam nekik, hogy esetleg beadjam a pályázatot újra. Kiderült, hogy leészlelték a programot, csak elkeveredhetett az email (elfelejtettek kiértesíteni) és szívesen látnak Manchesterben adatfeldolgozásra. Így aztán miközben az EVN adatokkal végeztem el kezdtem szervezni a manchesteri utazásomat is. Ha minden jól megy júniusban fogok arra járni. (Egyébként a késlekedés oka szintén a pénzhiány. Felújították, korszerűsítették a régóta működő MERLIN hálózatot, egy hihetetlenül jó rendszer készült el, viszont nincs pénzük a fenntartására, működtetésére, a dolgozók megfizetésére.)

Ezeket az európai rádió-interferométeres észlelésekhez, adatfeldolgozáshoz köthető kiutazásokat a RadioNet a Transnational Access projekt keretében támogatja, fizeti. Mint látható ez főleg számunkra, az interferométeres hálózatokat fenntartó intézetekhez nem kapcsolódó kívülállóknak (illetve más megközelítésből nézve a kelet-közép-európai szegényebb, utazásokra nehezebben pénzt kerítő kutatóknak) nagyon jól kihasználható támogatási forma.

EU-s pénz a fekete lyukba ömlik - de ez most jó hír :)

A European Research Council (ERC) az EU tudományos keretprogramjából finanszírozott szervezet, amely tagállamok kutatóinak biztosít pályázati lehetőséget. A verseny hatalmas, 2007 óta összesen 43000 pályázat érkezett be és ebből 4500 projektet támogattak. A 2014-től induló EU-s Horizon 2020 programból 13.1 milliárd eurós költségvetéssel veszik ki részüket. 

Természetesen több kategória is van, a Synergy Grant keretében kutatók illetve kisebb kutatócsoportok együttműködését támogatják. Itt lehet a legnagyobb pénzösszeget nyerni, tehát értelemszerűen itt a legnagyobb a verseny is. 2013-ban például 449 pályázat érkezett be és 13 nyertest hirdettek. A tizenhármak egyike a Tejútrendszer középpontjában lévő szupernagytömegű fekete lyuk vizsgálatát célzó kollaboráció. A projekt három vezető kutatója (principal investigator, PI): Heino Falcke (Radboud Egyetem, Nijmegen, Hollandia és ASTRON), Michael Kramer (Max Planck Rádiócsillagászati Intézet, Bonn, Németország) és Luciano Rezzolla (Elméleti Fizikai Intézet, Goethe Egyetem, Frankfurt, és Max Planck Gravitációfizikai Intézet Németország). A csoport 14 millió eurót nyert a maximálisan egy csoportnak adható 15 millióból és mellesleg ez az első asztrofizikai témájú nyertes Synergy Grant pályázat.

A pályázat fő célkitűzése a galaxisunk középpontjában jelenleg nyugodtan üldögélő négymillió naptömegű fekete lyuk körüli úgynevezett fekete lyuk árnyék (black hole shadow) leképezése. A Sagittarius A* nevű rádiósugárzó objektum nem aktív, de azért lassan akkretál anyagot környezetéből. A fekete lyukba behulló anyag erős rádiósugárzást bocsát ki (amíg még tud, hiszen az eseményhorizonton túlról - jelen tudásunk szerint - már nem tud kiszökni az elektromágneses sugárzás sem). A rádiósugárzás a fekete lyuk gravitációs terében elhajlik és ezt a torzulást remélik a kutatók megvizsgálni.

Ez az árnyék azonban meglehetősen kicsi, olyan mintha egy almát akarnánk a Földről a Holdon megfigyelni. A méréshez tehát a legjobb elérhető felbontásra van szükség, nagyon hosszú bázisvonalú interferométeres technikát (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) kell alkalmazni. Az úgyneveztt Event Horizon Telescope ötlete először 15 éve merült fel, de a technikai megvalósítása most tűnik tényleg lehetségesnek. Az interferométeres hálózat milliméteres és szubmilliméteres hullámhosszakon működő antennákból fog állni. Hawaii-i, kaliforniai és arizonai antennák hálózatával már sikeres méréseket végeztek, az elért felbontás a Sagittarius A* Schwarzschild-sugarának hatszorosa volt. (Ha egy adott tömegű objektumot Schwarschild-sugarú gömbbé nyomunk össze, akkor annak felszínén a szökési sebesség a fénysebesség lesz.) További antennák bekapcsolásával tervezik a felbontás növelését. Például a chilei ALMA hálózatot egyetlen antennaként bekötve a hálózat felbontást megduplázhatják. A jelenlegi és tervezett hálózat tagjait ezen a weboldalon lehet megnézni.

Tervezett antenna-hálózat az Event Horizon Telescope-hoz.  

Az ERC nyertesek tehát szorosan együtt fognak működni az EHT projekttel. Emellett a projekt másik célkitűzése, hogy a központi fekete lyuk közelében pulzárokat találjanak. A legelső ilyen pulzárt 2013-ban fedezték fel (véletlenül, miközben már egy évtizede hiába kerestek célzott kutatásokkal). A pulzárok nagyon gyorsan forgó, erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, amelyek pulzáló rádiójeleit az időről időre a megfigyelő irányában végigseprő mágneses tengely mentén mozgó elektromos töltött részecskék által kibocsátott szinkrotron sugárzás okozza. A pulzárok jelei nagyon pontosan követik egymást (a periódus lehet néhány másodperc, de akár milliszekundomos rövidségű is), viszont az erős gravitációs tér hatására a jelek periódusa változik. Ily módon, több pulzár megfigyelésével, lehetőség lenne a Sagittarius A* gravitációs terének feltérképezésére.

A projekt harmadik területe elméleti kutatás, amelynek keretében szimulálni fogják a központi fekete lyuk hatását a körötte elhelyezkedő anyagra és sugárzásra. A mérési eredményekkel összevetve tesztelhető az általános relativitáselmélet, illetve egyéb alternatív gravitációs elméletek is.

A kutatás további európai résztvevői: Robert Laing (ESO), Frank Eisenhauer (Max Planck Institute für extraterrestrische Physik, Garching, Németország) és Huib van Langeveide (JIVE, Hollandia).