Szatmáry Károly

A Szegedi Csillagvizsgáló tevékenysége 2007-2008-ban

    A Szegedi Tudományegyetem csillagász illetve gravitációelméleti csoportjának munkatársai: dr. Szatmáry Károly habil. egyetemi docens, dr. Vinkó József egyetemi docens, dr. Gergely Árpád László Bolyai ösztöndíjas habil. tudományos főmunkatárs, dr. Szabó M. Gyula Magyary majd Bolyai ösztöndíjas tanársegéd, Keresztes Zoltán, Székely Péter és Sziládi Katalin tudományos segédmunkatársak, Horváth Zsolt, Jurkovic Mónika, Mikóczi Balázs, Simon Attila, Szalai Tamás, Takáts Katalin doktori (PhD) ösztöndíjasok, Dwornik Marek, Ordasi András, Szakáts Róbert, Szűcs László csillagász hallgatók, demonstrátorok. Dr. Kiss László és Derekas Alíz Ausztráliában, dr. Kovács Zoltán az Institut für Radioastronomie-ben, Bonnban majd a University of Hong Kong-ban, Fűrész Gábor és Mészáros Szabolcs az USA-ban a Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics intézetben, dr. Balog Zoltán a Steward Obszervatóriumban, Arizonában, 2008 őszétől Mikóczi Balázs a budapesti RMKI-ban, Csák Balázs Heidelbergben dolgozik, dr. Vinkó József 1 éves tanulmányút keretében a University of Texas at Austin Csillagászat Tanszékén volt. Dr. Gergely Árpád László meghívott előadó a South Bank University-n, Londonban, valamint 2008-ban habilitált fizikából az SZTE-n. Kiss László 2007-ben megszerezte az MTA doktora címet. Fűrész Gábor 2008-ban PhD fokozatot szerzett az SZTE-n.

Tudományos eredmények

    Fő kutatási területünk a pulzáló és fedési változócsillagok, valamint a szupernóvák vizsgálata maradt, de jelentős eredményeket értünk el a csillaghalmazok, a csillagkeletkezés és az üstökösök, kisbolygók területén is. Új színfoltja lett vizsgálatainknak a fedési exobolygók, illetve az esetleges exoholdak kimutatása fotometriai és radiális sebesség adatokból. Kutatásaink elsősorban a megfigyelő csillagászat eszközeivel történtek, melyekhez fotometriai, spektroszkópiai és asztrometriai méréseket végeztünk Magyarországon (Szeged, MTA KTM Csillagászati Kutatóintézete Piszkéstetői Obszervatórium) és Ausztráliában (Siding Spring Observatory).
    Elméleti kutatásaink során eredményeket értünk el a kozmológiában, a gravitációs kollapszus, a kompakt kettőscsillagok relativisztikus dinamikájának és gravitációs sugárzásának vizsgálatában, valamint a gravitáció hamiltoni szerkezetének feltérképezésében és a magasabb dimenziós gravitációelméletek területén.
    2007-2008-ban 56 angol nyelvű publikációink jelent meg. Nemzetközi referált folyóiratban 40, konferencia-kiadványban 13, egyéb nemzetközi kiadványban (IBVS) 3. Magyarul számos cikket közöltünk a csillagászati évkönyben, a Meteorban és más folyóiratokban. A cikkek listája valamint a kutatási és oktatási tevékenységünk részletei megtalálhatók honlapunkon (http://astro.u-szeged.hu).

Változócsillagok, csillaghalmazok
    A 3,9 m-es Angol-Ausztrál Teleszkóp AAOmega multiobjektum-spektrográfjával végzett mérések alapján tisztáztuk az M46 nyílthalmaz és az irányában látszó NGC 2438 planetáris köd fizikai összetartozásával kapcsolatos szakirodalmi ellentmondásokat. A planetáris köd és halmaz több mint 500 csillagának radiális sebességei 30 km/s különbséget mutatnak, amit csak asztrofizikailag irreális kidobódási folyamatokkal lehetne magyarázni. Így a két égitest, habár távolságuk hasonló, egymástól teljesen függetlenek, azaz az NGC 2438 pontos fizikai modellezéséhez nem tételezhető fel az M46 izokrón-illesztéséből származó kor.
    Elkezdtük a déli gömbhalmazok multiobjektum-spektroszkópiás felmérését, aminek célja egyedi csillagok sebességeinek és kémiai összetételének meghatározása. A beszámolási időszakban öt halmazról végeztünk méréseket az AAOmega spektrográffal, összesen 20 ezer egyedi csillagról vettünk fel adatokat. Több esetben kimutattuk a halmaz globális forgását, valamint többszörös csillagpopulációk létére utaló jeleket is találtunk. A projekt céljai között szerepel a módosított newtoni dinamika (MOND) elméletének tesztelése is, amihez további méréseket végeztünk 2008-ban és 2009-ben.
    Az XZ Ceti anomális cefeidáról összegyűjtöttük az összes elérhető fotometriai adatot a 19. sz. végétől 2006-ig bezárólag, amihez újra kimértünk kb. 3000 fotólemezt a Harvard College Observatory lemezarchívumából, illetve CCD fotometriai méréseket  végeztünk Ausztráliából. A csillag pulzációs periódusa több időskálán is változónak adódott, ami fontos információ a Hertzsprung-Russell-diagram speciális pozíciójában található anomális cefeidák rezgéseivel kapcsolatban. Elképzelhető a csillag rejtett kettőssége is. Típusának legfényesebb képviselőjeként az extrém fémszegény cefeidák jobb megértéséhez kulcsfontosságú objektum lehet.
    Részt vettünk az SN 2004eo Ia típusú szupernóva CCD fotometriai és spektroszkópiai méréseiben. Az NGC 6928 galaxisban feltűnt égitest abszolút fényessége az Ia típusú robbanások átlagához közel esik, ugyanakkor a fénygörbe modellezése alapján meglepően kevés 56-os nikkel izotóp termelődött, ami arra utalhat, hogy a kozmológiai távolságlétrán fontos szerepet játszó Ia szupernóva-robbanások tulajdonságai az abszolút fényességek nagymértékű hasonlósága ellenére is elég széles paramétertérben szórnak. Az eredmények óvatosságra intenek az Ia szupernóvák távolságmérésben történő automatikus alkalmazásával kapcsolatban.
    Tovább folytattuk a SN 2004dj szupernóva tanulmányozását, földfelszíni- és űrtávcsöves észlelések felhasználásával. Ez a szupernóva az NGC 2403 extragalaxis egyik fiatal, kompakt csillaghalmazában, a Sandage-96-ban robbant fel. A halmaz életkorának meghatározásával ritka lehetőség nyílt a szupernóvát szülő (progenitor) csillag tömegének kiszámítására. A Swift-űrtávcsővel végzett ultraibolya méréseinkből, valamint optikai és infravörös adatokból összeállítottuk a halmaz spektrális energiaeloszlását. A Hubble- űrtávcső archívumából származó felvételeken csillagokat azonosítottunk a halmazban és megszerkesztettük a halmaz szín-fényesség diagramját. A halmaz életkorát ezeknek az adatoknak az elméleti modellekkel való összehasonlításából határoztuk meg. Eredményeink szerint a Sandage-96 legalább két különböző csillagpopulációt tartalmaz: egy 10-16 millió éves fiatalabb és egy 32-100 millió év közti idősebb populációt. Ebből sajnos nem lehet egyértelműen megállapítani a szupernóva tömegét, de ha feltesszük, hogy a fiatalabb populációhoz tartozott, akkor tömege 12-20 naptömeg közé eshetett.
    Az M15 jelű gömbhalmazban 110 vörös óriáscsillagról végeztünk megfigyeléseket a 6,5 méteres arizonai MMT távcső Hectochelle multiobjektum-spektrográfjával. Nagyjából 250 napluminozitás felett H-alfa emissziót találtunk a csillagok színképében, mely erős kromoszférikus aktivitásra utal. A H-alfa vonal tanulmányozása során azt találtuk, hogy a kromoszféra külső tartománya 2-8 km/s sebességgel tágul. Ez a sebesség az AGB csillagok esetében a 10-15 km/s értéket is elérheti, ami jelentős anyagvesztést okozhat a légkör felsőbb részeiben. A Spitzer-űrtávcsővel felfedezett, porburokba ágyazott csillagok esetében a H-alfa vonal nem utal nagy kiáramlási sebességre, vagyis nagy tömegvesztésre, melyből arra következtettünk, hogy a porképződés időszakos.
    Feldolgoztuk az NGC 2244 nyílthalmazról a Spitzer-űrtávcső IRAC és MIPS kameráival készült felvételeket és kimutattuk, hogy a forró, nagy tömegű csillagok csak a közvetlen környezetükben vannak hatással a közelükben lévő kisebb tömegű csillagok korongjaira. A SAO és a University of Arizona kutatóival együttműködve elvégeztük a h és chi Persei ikerhalmaz széleskörű fotometriai és spektroszkópiai vizsgálatát. Kimutattuk, hogy a csillag körüli anyagkorongok a csillagoktól indulva belülről kifelé tűnnek el. Találtunk több olyan csillagot is, melyeknek infravörös excesszusa jól modellezhető Föld típusú bolygók keletkezésének melléktermékeként létrejövő törmelékkorongok spektrális energiaeloszlásával. Szintén felfedeztünk 25 halmaztagot, melyeknél még folyamatban van az akkréció, ami arra utal, hogy egyes csillagoknál a körülöttük lévő gáz még 10-15 millió év után sem tűnik el teljesen. Kimutattuk azt is, hogy a törmelékkorongok gyakorisága növekszik 5 és 10 millió év között, tetőzik kb. 10-15 millió év között, majd folyamatosan csökken. Részt vettünk az AA Tau nevű T Tauri típusú csillag hosszútávú fotometriai és spektroszkópiai észlelésében. Sikerült kimutatnunk a térbeli kapcsolatot az akkréciós korong belső széle, a mágneses erővonalak mentén a csillagra omló anyag, illetve a csillag felületén keletkezett akkréciós lökéshullám között. Tovább folytattuk az NGC 2244, NGC 2264 és IC 1396 nyílthalmazokban felfedezett üstökösszerű struktúrák vizsgálatát. HST/NICMOS és Spitzer IRS mérések segítségével megmutattuk, hogy a struktúrák szinte teljesen porból állnak. Ezzel bizonyítottuk azt az elméleti feltételezést, hogy a fotoevaporáció során a csillag körüli anyagkorong külső részében (r >10 CsE) lévő gáz viszonylag gyorsan eltűnik.
    Kutatásainkat az OTKA T042509 pályázat támogatta.

Kis égitestek vizsgálata
    Kidolgoztunk egy újszerű módszert, amelynek segítségével 11735 kisbolygót vizsgáltak a Sloan Digitális Égboltfelmérésben. A rendkívül szórványos mintavételezésű adatok értelmezése teljesen más módszert kíván, mint a hagyományos fénygörbe-analízis. Ebben az esetben az egyedi kisbolygók alakja nem is számolható ki közvetlenül, viszont statisztikusan megbecsülhető egy család tagjainak elnyúltsága a több alkalommal megmért fényességek átlagos változásából. A fiatal családokban inkább elnyúltabb, az idősebb családokban a gömb alakhoz közelebb álló égitesteket találunk. Megfigyelésünk szerint a kis becsapódások lassú, de hatékony munkával, mintegy 2-3 milliárd év leforgása alatt "legömbölyítik" a kisbolygókat.
    Megfigyeltük a Hale-Bopp-üstököst, amely még 25,7 CsE naptávolságban is aktív volt. Az eddigi rekorder az C/1987 H1 (Shoemaker)-üstökös volt, amely 18 CsE távolságig mutatott kómát, de később gyorsan elhalványodott - ezt a Hale-Bopp legalább 10 CsE-gel felülmúlja, és úgy tűnik, egyelőre nem készül gyors elhalványodásra. Korábbi modellszámításokkal összeillőnek találtuk azt a feltételezést, hogy a Hale-Bopp esetében jéggé fagyott szén-monoxid szublimál, ami az üstökös poranyagát is magával ragadja.
    Befejeztük a Jupiter trójai kisbolygóinak vizsgálatát. Az adatok statisztikájából kiderült, hogy a Jupiter trójai kisbolygócsaládja nagyságrendileg ugyanannyi (mintegy egymillió) 1 km-nél nagyobb kisbolygót tartalmaz, mint ahány ilyen égitest a kisbolygók főövében (harminc népes családjában és a szórt populációban összesen) van. 1187 kisbolygót égboltfelmérési technikával megfigyelve kimutattuk, hogy a vezető, L4 csoportban egyértelműen több, mintegy 1,6-szor annyi kisbolygót találunk, mint a követő L5 csoportban. Az ELTE munkatársainak modelljével összevetetve valószínűnek tűnik, hogy a Naprendszer történetének folyamán valamely hatás, például a Szaturnusz pályájának változása az égitestek nagyobb hányadát szórta ki az L5 csoportból.
    Kidolgoztuk az exobolygók holdjainak fotometriai hatását leíró formalizmust. Kimutattuk, hogy a hold sugarát, tömegét és sűrűségét is meg lehet határozni a fedések O-C diagramjának analíziséből, és erre akkor is van lehetőség, ha a hold hatása nem különíthető el a bolygó átvonulásától és a zajtól. Elkezdtük az exobolygók holdjainak Rossiter-McLaughlin-effektusát modelezni, és számos rendszert mutattunk be az European Extreme Large Telescope konferencián, amelyekben a hold fontosabb adatai meghatározhatók. A mérés megkívánt pontossága 1-10 cm/s a radiális sebességben, amely kicsinek tűnik ugyan, de már csak egy nagyságrendre van a jelenleg elérhető legjobb pontosságtól.

Gravitációelmélet

    Asztrofizikai és kozmológiai folyamatokat és modelleket vizsgáltunk görbült téridőben, mind az általános relativitáselmélet, mind a hierarchia-problémát (miért olyan gyenge a gravitáció a többi kölcsönhatáshoz képest?) feloldani képes ötdimenziós (5d) brán-elméletek keretein belül.
    Vizsgáltuk a sztatikus féreglyukak körül kialakult, vékony akkréciós korongok elektromágneses jellemzőit. Megmutattuk, hogy a korong fizikai tulajdonságai (a sugárzás radiális profilja és annak spektruma) a Schwarzschild-féle fekete lyukak és féreglyukak esetében eltérnek. Az analízist kiterjesztettük forgó esetre is, összehasonlítva a Kerr-féle fekete lyuk és a forgó féreglyuk körül létrejött akkréciós korong jellemzőit, melyeket a két esetben szintén különbözőnek találtunk.
    Ideális folyadékkal modellezett gömb gravitációs kollapszusát vizsgáltuk. Az általános relativitáselméletből ismert Oppenheimer-Snyder (por) kollapszustól eltérően, a bránon összehúzódó csillaganyagban növekvő negatív nyomás (feszültség) keletkezik, mely az összehúzódás végső szakaszában a sötét energia feltételt teljesíti. Asztrofizikai fekete lyukak esetén ez mindjárt a horizont alatt bekövetkezik, galaktikus fekete lyukak esetén mélyen a horizont alatt.
    A galaxisoknál nagyobb távolságskálákon a gravitációs dinamika sötét energia jelenlétét követeli meg. Egyik lehetséges sötét energia modell a Chaplygin-gáz (olyan energiaforma, mely nagy energiasűrűségnél sugárzásként viselkedik, kis energiasűrűségnél negatív nyomást ad, akár a kozmológiai állandó). Viszkózus disszipatív Chaplygin-gáz által létrehozott homogén és izotróp kozmológiai modellt vizsgálva megmutattuk, hogy az Univerzum skálafaktorának és a gáz energiasűrűségének viselkedése jól visszaadja a megfigyeléseket. Az Ia típusú szupernóvák adataival való összevetés megadta a modell megfigyelésekkel összeegyeztethető paraméter-tartományait.
    Kozmológiai állandó jelenlétében vizsgáltuk az ötdimenziós Weyl-görbület kozmológiai hatását. Levezettük a luminozitás-távolság – vöröseltolódás összefüggés analitikus alakját. Megmutattuk, hogy a modell kiválóan illeszthető az Ia típusú szupernóvák megfigyeléseihez, valamint összeegyeztethető a nukleoszintézissel.
    A Friedmann-modellbe inhomogenitásként beillesztett Schwarzschild-féle fekete lyukak adják az ún. Swiss-cheese kozmológiát, melyet a bránon vizsgáltunk. A fekete lyukak 5d kiterjesztése fekete húrokat eredményezett. Negatív kozmológiai állandó és a brán beágyazásának kis aszimmetriája esetén az általános relativitáselméleti Einstein-Straus modell közelítőleg érvényes marad. Nagy pozitív kozmológiai állandó, vagy jelentős aszimmetria esetén az Univerzum új típusú, úgynevezett nyomás-szingularitásba fejlődhet.
    A hagyományos brán-elméletekben a brán feszültsége a kozmológiai fejlődés során változatlan marad. A folyadék-membránok feszültsége viszont az Eötvös-törvény szerinti hőmérséklet-függést mutatja. Az analógiára építve kidolgoztuk a változó feszültségű bránok általános dinamikáját, és megállapítottuk, hogy az Univerzum fejlődését jól reprodukálja.
    A gravitáció kvantumelméletében az idő kitüntetett szerepet játszik. Valamely térszerű irány is kitüntetett szerepet játszhat, például egy szimmetria, vagy az 5d brán-elméletben csak a gravitáció számára létező ötödik dimenzió. Kidolgoztunk egy szemléletes geometriai értelmű változókra épülő, mindkét irányt kiemelten kezelő formalizmust.
   Kutatásainkat az OTKA 46939 tematikus és 69036 tudományos iskola-teremtő pályázatai, az MTA Bolyai János ösztöndíja, valamint a Bonn-i és Portsmouth-i Egyetemekkel létrejött ERASMUS szerződés támogatta.

Konferenciák
    2007 februárjában Vinkó előadást tartott a "Supernova 1987A - 20 years after" nemzetközi konferencián Aspen-ben (USA). 2007. január-február majd 2008. január-április között Szabó a Sydney Egyetemen dolgozott Magyary-, majd Go8 European Fellowship ösztöndíjasként. 2007 júniusában részt vett a Santorinin rendezett Extreme Solar Systems exobolygós konferencián, 2008 szeptemberében meghívott előadó volt az European Extremely Large Telescope konferencián, Elba szigetén.
    Gergely meghívott előadásokat tartott 2007-ben a Bonn-i rádiócsillagászati, a Bad Honneff-i és Montpellier-i kozmológiai, 2008-ban az Umea-i (Svédország) általános relativitáselméleti és a Montpellier-i kozmológiai konferenciákon, valamint a Queen Mary College London egyetemen. Egyéb konferencia-előadásokat tartott Sydney-ben az általános relativitáselméleti GRG18 és a gravitációs hullámokkal foglalkozó Amaldi7 találkozókon, az Imperial College London-ban a PASCOS13 részecskefizikai, húrelméleti és kozmológia szimpóziumon, valamint részt vett a London-i kozmológia és kondenzált anyagok, az Elba-i GWDAW2008 gravitációs hullámok konferenciákon. Kovács részt vett a Bad Honneff-i 2007-es kozmológia konferencián; Keresztes és Mikóczi a Como-i 2007-es kozmológia iskolán; Keresztes, Mikóczi, Horváth és Dwornik a Cascina-i 2008-as VESF gravitációs hullámok iskolán.
    2007 májusában hallgatóink és oktatóink tanulmányi kirándulás keretében meglátogatták a BKMÖ Csillagvizsgáló Intézetét Baján, az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumát Szombathelyen, valamint a Hegyháti Csillagvizsgálót Hegyhátsálon.

Oktatás, ismeretterjesztés
    A 2006/2007. tanévben indult az új rendszerű, kétlépcsős képzés az egyetemen. Ezzel megszűnt az 5 éves csillagász szak. A 3 éves fizika alapszakon (BSc) belül létezik csillagász szakirány, amit a 2. év elején lehet felvenni. 2009 szeptemberétől indítható a 2 éves csillagász mesterszak (MSc), melyet az ELTE-vel közösen alapítottunk.
    Az eddigi tantárgyainkon túl „A földtudományok fizikai alapjai” kurzust is oktatjuk az elsőéves földtudományi BSc hallgatóknak. Továbbra is igen népszerűek voltak az általános művelő, választható tárgyként meghirdetett előadásaink, melyeket gyakran 150-200 hallgató is felvett egy-egy félév során. A két év alatt 9 szakdolgozat, illetve diplomamunka és 9 TDK dolgozat született csillagászati témakörben.
    2007-ben Simon Attila I. díjat, Szalai Tamás II. díjat, Csorvási Róbert kiemelt dicséretet, Darázs Barbara és Takáts Katalin dicséretet kapott a XXVIII. Országos Tudományos Diákköri Konferencia (OTDK) csillagászati tagozataiban.
    2007-ben csillagász oklevelet szerzett Csorvási Róbert, Kötél László, Simon Attila és Takáts Katalin, 2008-ban Darázs Barbara, Nagy Richárd Antal és Szalai Tamás.
    Internetes honlapunk sok magyar nyelvű csillagászati és űrkutatási anyagot tartalmaz, folyamatosan fejlesztjük. A Szegedi Csillagvizsgálóban keddenként az MCSE helyi csoportja tartotta foglalkozásait Székely Péter vezetésével. A hagyományos őszi találkozóinkon az ország sok részéről mintegy 50 amatőrcsillagász vett részt. A péntek esti nyitva tartásaink során évente kb. 5000 látogatónk volt. Munkatársaink rendszeresen tartottak előadásokat az MCSE országos találkozóin.
    Az MCSE Szegedi Helyi Csoportja a Csongrád Megyei Önkormányzat, az MCSE és a Budapesti Távcső Centrum támogatásával beszerzett egy 254/1200-as Sky-Watcher Dobson-távcsövet okulárokkal. Új, HEQ-5 típusú óragépes állványra került a felújított 20 cm-es Newton-teleszkópunk. A tanteremben felszereltünk egy számítógép-projektort.
    2008 júliusában a tanterem és a többi alsó szinti helyiség fűtésére bevezettük a gázt, és kazános-radiátoros, időszabályozós fűtést alakítottunk ki. A kazánt az egyetem Természettudományi és Informatikai Kara fedezte, a többit az alapítványunk tartalékaiból tudtuk kifizetni (az egész fűtési rendszer 1,5 millió Ft-ba került).
    A következő nagy feladat az egyetem Dóm tér melletti Béke-épülete tetőteraszának teljes átépítése, eltolható tetejű csillagda kialakítása. Ehhez már engedélyezett építési tervek is készültek, már „csak” a pénz hiányzik a kivitelezéshez.

(Meteor csillagászati évkönyv 2010, Magyar Csillagászati Egyesület, Bp. 2009)