Kozmikus régészet – Magyar csillagászok kutatják az ősrobbanás titkát

szeptember 20. 19:02 - szerző: Sándor Zsuzsanna

Márka Szabolcs és felesége, Márka Zsuzsa jelenleg a világ legismertebb magyar származású fizikusai. A rendszerváltás után mentek ki Amerikába, több mint tíz éve a New York-i Columbia Egyetem tanárai, a világűr kutatói. Az ő köz­­reműködésükkel jött létre a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), amely tavaly először tudta mérni az Einstein által leírt, de eddig még sohasem bizonyított gra­­vitációs hullámokat. Felfedezésük tudományos szenzáció, sokak szerint a LIGO új ablakot nyit az univerzumra, az ősrobbanásnak, a világ keletkezésének titkát is megismerhetjük. A tudós házaspár többször felajánlotta, hogy hazajönnének tanítani, de eddig csukott ajtókra találtak.

– Hogyan lesz a nyíregyházi srácból világhírű csillagász?

Márka Szabolcs: Nyíregyházán magas szintű volt a tehetséggondozás, már általános iskolában kiszűrték azokat a gyerekeket, akik érdeklődtek a tudományok iránt. Én csillagászati szakkörbe jártam, és a tanáraink a világ legelhivatottabb emberei voltak. Ma is tartom velük a kapcsolatot. A helyi tanárképző főiskola csillagvizsgálójában döntöttem el, hogy ezzel a tudománnyal szeretnék foglalkozni. Tizenkét évesen megépítettem az első távcsövemet. Később felvettek a debreceni Kossuth Lajos Tudományegyetem fizika szakára, ott diplomáztam. A PhD-t már Amerikában szereztem meg. Valójában asztrofizikus vagyok.

Márka Zsuzsa: Én is Nyíregyházán jártam gimnáziumba, csak egy másik iskolába. Egy tudományos diákelőadáson ismerkedtünk meg Szabival. Vegyésznek készültem, és én is a debreceni egyetemre jártam, vegyész szakra. 1993-ban diplomáztunk, és együtt mentünk ki Amerikába. Megérkeztünk két hátizsákkal, tele tudásvággyal és kalandvággyal. Mindketten a Tennessee állambeli Vanderbilt Egyetemen doktoráltunk, én is fizikából, majd a Kaliforniai Műszaki Egyetemen, a híres Caltechen dolgoztunk. Több mint egy évtizede kerültünk a New York-i Columbia Egyetemre.

M. Sz.: A Columbián megalapítottam egy kutatócsoportot, amelyik az Einstein által leírt gravitációs hullámokkal foglalkozik. Az volt a célunk, hogy ezeket a hullámokat a valóságban is képesek legyünk mérni, bizonyítani. Eleinte tudományos körökben sem bíztak a sikereinkben, komoly szakmai lapokban jelentek meg kétkedő kritikák a munkánkról. Egyesek megszállottnak vagy egy kicsit őrültnek tartottak, mondván: a lehetetlennel próbálkozunk. Nem bántuk, mert tudtuk: az eredményeink minket igazolnak majd.

Fotó: Bazánth Ivola

– Einstein 1916-ban írt először gravitációs hullámokról. Matematikailag igazolta a létezésüket, ugyanakkor úgy hitte: az emberiség sohasem lesz képes ezeket a hullámokat valóban észlelni és mérni. Miért?

M. Sz.: Gravitációs hullámok nagyenergiás kozmikus események során keletkezhetnek. Például, ha a Napnál nagyobb tömegű csillag, szupernóva felrobban, vagy fekete lyukak olvadnak össze. Az ilyenkor létrejött hullámok hatására a téridő dinamikusan deformálódik, ami nagy távolságokban is érzékelhető – elvileg. Ugyanis ez a deformáció rendkívül kicsi: ahhoz tudnám hasonlítani, mintha a Tejútrendszer átmérőjét egy focilabda nagyságával megváltoztatnánk. Érthető, hogy sokáig senki nem bízott abban, hogy ezt bárki is mérni tudná. Az igazi áttörést az hozta, mikor sikerült meggyőzni az amerikai Nemzeti Tudományos Alapot, amely egymilliárd dolláros támogatást nyújtott a kutatáshoz. Ez kész csoda volt: az alap még soha egyetlen tudományos projektet sem finanszírozott ekkora összeggel. Ebből épült aztán a Kaliforniai (Caltech) és a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) által üzemeltetett LIGO, ahol lézeres interferométer alkalmazásával ké­­pe­­sek vagyunk mérni a gravitációs hul­­lámokat. Büszke vagyok, hogy a feleségemnek és a Columbiának vezető szerepe volt a detektorok legfontosabb rendszereinek megalkotásában.

– Obszervatóriumaikban tavaly februárban sikerült először fogni a világűrből érkező gravitációs hullámokat, ami tudományos világszenzáció lett. Voltaképp mit fedeztek fel?

M. Sz.: Egy olyan kozmikus eseményt, amely több mint egymilliárd évvel ezelőtt zajlott le, amikor a Földön még csak egysejtűek léteztek. Egy távoli galaxisban két fekete lyuk – gravitáció hatására – egyre közeledett egymáshoz. Együtt hatvan Naprendszernél is súlyosabbak voltak, egyesülésükből egy új fekete lyuk jött létre, valamint elképesztő mennyiségű energia szabadult fel gravitációs hullámok formájában. Ezek a hullámok egymilliárd év után elérték a bolygónkat, és sikerült megmérnünk őket a LIGO detektorain. Hangjelekké átalakítva hallhattuk, amint két égitest találkozásából egy új születik. Azóta már több más fekete lyukról kaptunk jelzéseket. A következő nagy reményünk pedig az, hogy neutroncsillagokat is sikerül felfedeznünk.

– Tartok tőle, nem mindenki tudja, mi a neutroncsillag.

M. Zs.: Amikor egy óriáscsillag felrobban, a belseje összeesik. Ha ez a belső nem elegendően nehéz ahhoz, hogy fekete lyukká váljon, akkor neut­­roncsillag lesz belőle. Ez valójában egy Napnál másfélszer nehezebb, Budapest méretű hatalmas atommag, amely főleg neutronokból áll, és ellentétben a fekete lyukakkal, világíthat is. Épp ezért vizsgálhatjuk majd „multimessenger” csillagászati technikával: azaz együtt mérhetnénk a neutroncsillagról érkező fényt, a gammakitöréseket, röntgensugarakat, neut­­rínókat és a gravitációs hullámokat is. Ezzel a komplex vizsgálati módszerrel sokkal pontosabb információkhoz juthatunk, és a neutroncsillagokat afféle kozmikus laboratóriumokként használhatnánk. Képet kapnánk arról is, hogy tőlünk több tízmillió fényévre milyen események történtek a világűrben.

– Azt nyilatkozták: a LIGO-val új ablakot nyitottunk az univerzumra, új érzékszervet adtak a csillagászatnak. Miféle kérdésekre kaphatunk választ?

M. Sz.: Megismerhetjük például a világegyetem rejtett világát, a fekete lyukak és neutroncsillagok születését és halálát és a gammasugár-kitöréseket. A csillagászat voltaképp kozmikus régészet: az eddigi legrégebbi információnk a kozmikus múltról az ősrobbanás után négyszázezer évvel keletkezett. A gravitációs hullámokkal még közelebb juthatunk majd a világegyetem keletkezéséhez. A következő néhány évtized feladata lesz, hogy az ősrobbanás titkát megfejtsük.

– Messzire vezető kérdések ezek, hiszen a világegyetem keletkezése előtt is volt valami, de ez a vallások területe.

M. Sz.: Talán teológia és tudomány viszonyát illusztrálja az is, hogy a Vatikánnak is van obszervatóriuma, és nemrég ők is konferenciát rendeztek a gravitációs hullámokról. A Vatikán csillagászai abszolút odafigyelnek az új felfedezésekre.

– Fontos persze megismerni a világ létrejöttét, de a befektetőket többnyire az érdekli, milyen konkrét hasznot hoz nekik egy kutatás.

M. Sz.: Gazdasági felmérések bizonyítják: a kutatás-fejlesztésnél nincs jobb befektetés. Az alapkutatásokra fordított minden dollár a többszörösét fogja visszahozni. De vajon ha a tudomány ennyire jó üzlet, miért nem támogatják a kormányok sokkal több pénzzel– Talán azért, mert nem biztos, hogy a profit ott, annál fog megjelenni, aki a pénzt és az életét a kutatásba befektette. Lehet, hogy, mondjuk, az Egyesült Államok finanszíroz egy alapkutatást, ami majd valamilyen külföldi termékben jelenik meg. Sosem tudni előre, melyik ország aratja le a babért. Vagy melyik cég. Például a modern orvostudomány technikai vívmányai – a CT, a PET vagy az MRI – mind csillagászati, fizikai alapkutatások melléktermékei. Egyébként a LIGO egyik szakembere tervezte Elon Musk űrkutatási vállalatának, SpaceX-nek az egyik alapvető technikai berendezését is. Vagyis az amerikai adófizetők pénze a magán kereskedelmi űrhajózásban is kamatozik.

Fotó: Bazánth Ivola

– Elon Musk nagy terve, hogy rakétákat indítson a Marsra, és később emberi kolóniát juttasson fel a vörös bolygóra. Akadnak, akik úgy vélik: Musk szemfényvesztő kókler.

M. Sz.: Voltam a SpaceX-nél, diák­­jaink dolgoznak ott. Ez egy hatalmas, futurisztikus összeszerelő csarnok: akár egy hét alatt összeraknak egy rakétát. Technikai színvonalban messze járnak mindenki más előtt. A Mars-rakéták kifejlesztésében jóval megelőzik a NASA-t. Musk tehetséges üzletember, pontosan tudja, miként kell az embereket motiválni és a legtöbbet kihozni belőlük. Ha azzal hívna a cégéhez mérnököket, hogy építsenek neki egy rakétát, akkor középszerű munkatársakat kapna. A Mars-utazás megvalósításáért viszont a legjobb szakemberek tolonganak, és harcolnak azért, hogy Elon Musk álmának részesei lehessenek.

M. Zs.: A Mars-utazás elméletileg megvalósítható, lényegében a pénztől függ a kivitelezése. A világűr rendkívül barátságtalan hely. A levegő hiányával vagy a hatalmas hőmérsékleti ingadozásokkal még egyszerűbb technikailag megküzdeni. A legnagyobb veszélyt a kozmikus sugárzás jelenti. A Föld légkörét és mágneses mezejét elhagyva semmi nem védi meg az űrutazókat a sugárzástól. Ezért az űrhajót nagyon vastag, nehéz anyagból kellene megépíteni, hogy óvjon a sugárzástól. Ahhoz, hogy egy ilyen robusztus rakétát a Marsra juttathassunk, rengeteg energia kell, és ez iszonyúan költséges.

– Pedig hírek jelentek meg arról is, hogy Jurij Milner orosz milliárdos a sztárfizikussal, Stephen Hawkinggal együttműködve tervezne csillagok között közlekedő űrhajókat.

M. Zs.: Nemrég egy konferencián Jurij Milner tartott előadást, és felmutatott egy két-három centis űrhajómodellt. Kiszámolta, hogy jelenleg körülbelül ekkora űrhajót lehetséges eljuttatni a legközelebbi csillagig. Egy valódi – ember nélküli – rakéta megfelelő felgyorsításához egyelőre nincsenek meg az anyagi és technikai feltételek.

M. Sz.: A kereskedelmi űrhajózásnak azonban van egy másik iránya, amely már több befektetőt is érdekel. Az űrbányászatnak nagy jövője lehet. Egy aszteroidban akár több vas, nikkel és platina található, mint amit az egész Földön – borzasztó környezeti kár árán – kibányászhatnánk. Az aszteroidokhoz bányászrobotokat küldenének fel. Ez akkora profitot hozhatna, hogy megérné finanszírozni az űrszállítás költségeit. Luxemburg például hatalmas összegeket fektet be az űrbányászatba.

– A világűrből visszatérve Magyarországra: ha önök itthon maradnak, nyilván sohasem tudnak eljutni a pályájukon oda, ahol most tartanak.

M. Zs.: Amerikában sokkal több pénz és lehetőség volt a kutatásokra az utóbbi évtizedekben. Amikor kimentünk, nem gondoltuk véglegesnek a kinti intellektuális kalandozásunkat. Már a PhD megszerzése után haza akartunk jönni, de sajnos úgy tűnt, itthon nincs ránk szükség. Ráadásul akkoriban még nem ismerték el itt a kint szerzett doktori diplomákat, elvárták volna, hogy fordítsuk le, védjük meg itthon is. Van olyan kinti magyar kollégánk, aki a Harvardon doktorált, a Princetoni Egyetemen vett részt posztdoktori képzésen, és Magyarországon mégis hosszú ideig kellett küszködnie, hogy elfogadják a doktorátusát. Nekünk nagy családunk van, nem vállalhattunk ekkora procedúrát.

M. Sz.: Dönteni kellett, hogy itthon a bizonytalan körülményeket választjuk, vagy kint a világ legjobb ajánlatai között válogatunk. Úgy éreztem, többet tudok külföldről segíteni a hazámnak, mint itthonról. Mindenkinek jobb, ha még kint maradunk. Így legalább segítettem magyar diákoknak, hogy ösztöndíjjal kijussanak a Caltechre és a Columbia Egyetemre. Nekik már sokkal több esélyük volt hazajönni, karriert építeni otthon, és bekapcsolódni a nemzetközi kutatásokba. Nagyon büszke vagyok rájuk.

M. Zs.: Amikor csaknem két évtizede Szabi a LIGO-hoz csatlakozott, talán százan foglalkoztak ezzel komolyan. Most mindenki a LIGO-val akarna dolgozni. Több európai országban alakultak kutatócsoportok, köztük ide­­haza is. Örültünk, hogy segíthettünk kitűnő kollégáinknak, például Szegeden vagy az ELTE-n, a LIGO-hoz kapcsolódó akadémiai, illetve Wigner Fizikai Kutatóközpontnak is.

– Önöket nem szokták meghívni, hogy legalább vendégprofesszorként kurzusokat tartsanak itthon?

M. Sz.: Itt nem csak rólunk van szó. Sokan vágyunk arra, hogy a világ vezető egyetemei között legyen magyar egyetem számon tartva. Ugyanakkor, ha megnézzük a világ legjobb két tucat egyetemét, azt látjuk, hogy ezeken világhíres magyarok is tanítanak. Annyi magyar professzor van külföldön, hogy ha hazahívnák őket, létre lehetne hozni velük a világ egyik legjobb felsőoktatási intézetét. Ráadásul akár ingyen is foglalkozhatnának a magyar tehetségekkel, ugyanis például az amerikai felsőoktatási rendszer lehetővé teszi, hogy hétévente egy évet a világon bárhol eltöltsünk tanárként, és közben megkapjuk a fizetésünket. Sok magyar származású professzort ismerünk, aki boldogan jönne haza akár egy évre is. És persze mi is. Csupán annyit kérnének: valaki szervezze meg, hogy a gyerekeink itt járhassanak addig iskolába, és legyen hol laknunk. Nekünk négy gyerekünk van, tökéletesen beszélnek magyarul, mert kint is fontosnak tartottuk a kulturális, szellemi gyökerek ápolását.

– Mit mondtak itthon a felajánlásukra?

M. Sz.: Hogy remek ötlet. Régóta próbáljuk meggyőzni a hazai vezetőket, hogy hozzanak létre egy olyan intézetet, ahol a külföldről hazatérő vagy hazalátogató magyar egyetemi tanárok osztanák meg legújabb kutatásuk eredményét a következő nemzedékkel. Sokan mondták, hogy kitűnő gondolat. De eddig ennyi. Amerikában más a szemlélet: ott minden a versenyről szól. Lehetsz te a kicsi zöld marslakó is, ha te vagy a legjobb, tiéd az állás és a támogatás. A tudás és a teljesítmény számít. Már sok országban bevezették, hogy diploma után külföldre küldik a fiatalokat, és csak akkor jöhetnek vissza vezető tudományos pozíciókba, ha kint valóban sikereket értek el. Hasonló szisztéma működik például Japánban, Ausztráliában, Izraelben. És a fiatalok versengenek, hogy visszatérhessenek külföldi tanulmányaik után a hazájukba.