SZATMÁRY KÁROLY – HEGEDÜS TIBOR

 

Az SZTE szegedi és bajai csillagászati tevékenysége 2016-ban

  

A Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézete csillagász és gravitációelméleti csoportjának munkatársai: dr. Szatmáry Károly egyetemi tanár, dr. Gergely Árpád László egyetemi tanár, dr. Vinkó József tudományos főmunkatárs, dr. Székely Péter adjunktus, dr. Keresztes Zoltán adjunktus, dr. Szalai Tamás tudományos munkatárs, dr. Nagy Andrea tudományos segédmunkatárs. Továbbá Kun Emma, Tápai Márton predoktorok, Barna Barnabás, Bódi Attila, Mitnyan Tibor, ifj. Jäger Zoltán PhD ösztöndíjasok. Vinkó József ezévtől az MTA CSFK KTM Csillagászati Intézetében dolgozik, de részmunkaidőben maradt az egyetemen. Nagy Andrea PhD fokozatot szerzett „Kollapszár szupernóva-robbanások fényességváltozásának modellezése” című értekezésével.

Az egyetem Bajai Obszervatóriuma személyzete: dr. Hegedüs Tibor tudományos főmunkatárs, mb. igazgató, dr. Bíró Imre Barna tudományos főmunkatárs, dr. Borkovits Tamás tudományos főmunkatárs, dr. Marschalkó Gábor tudományos munkatárs (OTKA alkalmazásban), Jäger Zoltán tudományos munkatárs, Ruzsics Krisztina könyvtáros, Markó Mihály karbantartó.

 
Tudományos eredmények

Változócsillagok

 

Tovább vizsgáltuk a DF Cygni RV Tauri típusú pulzáló változócsillag Kepler űrtávcsővel készült ultrapontos fénygörbéjét. A fényességváltozás minimumainak alternáló jellege, valamint a frekvencia spektrum jellemzői alapján kimutattuk a periódus kettőződés jelenlétét. A méréseket összevetve a legújabb cefeida modellszámításokkal magyarázatot találtunk a periódus rövidülése esetében bekövetkező amplitúdó növekedésre. A jelenséget a nem-lineáris effektusok felerősödése okozza  (Bódi, Szatmáry, Kiss 2016, A&A 596, A24).

Mintegy száz vörös óriás csillag 4 év hosszú Kepler fénygörbéjét vizsgáltuk. A mirák közül a TU Cygni esetében periódus kettőződést találtunk, ami a pulzáció kaotikus, nem-lineáris jellegére utal. Több csillagnál kimutattuk a hosszú másodlagos periódust (LSP: Long Secondary Period), aminek a magyarázata még hiányzik. A kis amplitudójú csillagoknál (SARG: Small Amplitude Red Giants) többszörös periodicitást (jellemzően 30-50 nap hosszú ciklusokat) határoztunk meg, a módusokat elméleti modellek alapján azonosítottuk.

A piszkéstetői 1 méteres RCC teleszkóp spektrográfjával kiegészítő adatokat gyűjtöttünk olyan hosszú periódusú Kepler csillagokról, amelyek típusának megállapítása kizárólag a fénygörbe ismerete alapján nem lehetséges egyértelműen.

Nagy égboltfelmérő programok keretein belül újabb M óriás csillagokról készültek spektroszkópiai mérések, amelyek felhasználásával növeltük az ismert fizikai paraméterekkel rendelkező vörös óriás csillagok mintáját.

A VW Cephei szoros fedési kettős rendszerről készült újabb fotometriai és spektroszkópiai mérések alapján újra meghatároztuk a rendszer fizikai paramétereit (Mitnyan et al. előkészületben). Kimutattuk, hogy az elsődleges komponens az aktívabb, valamint hogy a foltosság és a kromoszférikus aktivitás összefügg egymással (1. ábra).

  

 

1. ábra: A VW Cep fényességváltozása az összehasonlító csillaghoz képest g, r és i színszűrővel (fent), alatta a folytonos vonallal való illesztés (fit) levonása utáni maradvány, valamint a szoros kettőscsillag modellje felszíni foltokkal a keringési periódus 4 fázisában (lent).

 Szupernóvák

 

2016-ban is folytattuk a fényes, közeli szupernóvák kutatására irányuló programunkat, szoros együttműködésben a Texasi Egyetem Csillagászat Tanszékével, az MTA CSFK Csillagászati Intézetével és a Bajai Obszervatóriummal. Ezen időszak alatt mintegy 20 szupernóva fényváltozását követtük, többről színképeket is felvettünk a texasi McDonald Obszervatórium 10 m-es Hobby-Eberly Távcsövével. Az év során két közeli, fényes szupernóváról – a II-P típusú SN 2013ej-ről (Dhungana et al. 2016, ApJ, 822, 6) és a IIb típusú SN 2013df-ről (Szalai et al. 2016, MNRAS, 460, 1500) – közöltünk fotometriai és spektroszkópiai adatok komplex analízisére épülő publikációt.

Szintén a texasi kollégákkal együttműködésben folytatódott a 2014 óta zajló programunk, amelynek során földfelszíni, keskeny sávú H-alfa szűrős észlelések, valamint röntgen- és infravörös-űrtávcsövek adatainak elemzése segítségével keressük a szupernóva-robbanások táguló maradványainak a környezetükben lévő, a robbanást megelőző évszázadokban, évezredekben ledobódott anyaggal való kölcsönhatásuk jeleit. A témával kapcsolatban Szalai Tamás az Amerikai Csillagászati Társaság (AAS) 2016. januári találkozóján (Kissimmee, Florida, 2016.01.04-08.), Vinkó József a "Harvard-Smithsonian Conference on Theoretical Astrophysics" (Boston, 2016.05.16-19.)  konferencián mutatott be posztert.

Vinkó J. vezető szerepet vállalt az Ia típusú SN 2012cg nagy nemzetközi visszhangot kiváltó vizsgálatában, melynél a robbanást követő napokban az UV és a kék hullámhossztartományban megfigyelt többletsugárzás normál társkomponens jelenlétére utal (Marion et al. 2016, ApJ, 820, 92).

Elmélet-orientált kutatási irányaink között kiemelt helyen említendő, hogy Nagy Andrea vezetésével kifejlesztésre került egy, a magösszeomlással keletkező szupernóvák fénygörbéjének illesztésére szolgáló analitikus, kétkomponensű modell. Az ezt bemutató cikk 2016 tavaszán jelent meg (Nagy & Vinkó 2016, A&A, 589, A53), ezenkívül Nagy A. poszterrel szerepelt a már említett májusi, bostoni konferencián. Vinkó J. és Nagy A. emellett közreműködött az ASASSN-15lh jelű szuperfényes szupernóva fénygörbéinek modellezésében is (Chatzopoulos et al. 2016, ApJ, 828, 94).

Szintén modellezési vizsgálatokat folytattunk különböző szupernóvák színképei kapcsán, elsősorban fehér törpecsillagok termonukleáris robbanásaira fókuszálva. Az Ia típusú SN 2010kg nagy sebességű színképvonal-komponenseinek elemzéséről készült cikk, Barna Barnabás vezetésével, az év első felében jelent meg (Barna et al. 2016, MNRAS, 457, 3225). Ezt követően az ún. Iax altípusba tartozó (különleges, relatíve kis energiájú) szupernóvák színképsorozatainak modellezésébe kezdtünk, a szupernóva-burokban lévő kémiai elemek eloszlásának megismerése céljából (ún. „abundancia-tomográfia”). Barna B. a kutatás részeként négy hetes tanulmányúton vett részt a németországi Garchingban található ESO-központban, posztere pedig megjelent a szupernóvás kutatói közösség legnagyobb 2016-os konferenciáján („Supernovae Through the Ages", Húsvét-sziget, Chile, 2016.08.08-13.). Ugyanezen a konferencián Szalai T. előadást tartott az Iax típusú szupernóvák színkép-modellezésével kapcsolatos korábbi eredményeiről.

Kutatóink a közeljövő – tranziens jelenségek terén is forradalmi eredményekkel kecsegtető – égboltfelméréseinek előkészületeiben is részt vesznek. A hamarosan teljes kapacitással üzemelő HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment) spektroszkópiai felmérésben szereplő égterületekről 2016-ban is készültek kiegészítő felvételek a Piszkés-tetőn lévő Schmidt-távcsővel. A 2020-as évek közepén induló LSST (Large Synoptic Survey Telescope) felméréshez kapcsolódóan Szalai T. 2016 novemberében részt vett a „Preparing for SN science in the LSST era" elnevezésű workshopon, Pittsburghben.

2016-ban Vinkó József vezetésével a GINOP 2.3.2-15-2016-00033 jelű K+F pályázaton  700 MFt támogatást nyertünk "Tranziens asztrofizikai objektumok" címmel, melynek célja két, 80 cm tükörátmérőjű robottávcső telepítése és felhasználása extragalaktikus tranziensek vizsgálatára.  A projekt vezetője az MTA CSFK, egyetemünk konzorciumi partnerként vesz részt benne.

 

Gravitációs kutatások
 

            A gravitációelméleti csoportból Gergely Árpád László tanítványaival általános relativitáselméleti és kozmológiai kutatásai mellett két évtizede foglalkozik egymásba spirálozó fekete lyuk kettősök és a kísérő gravitációs hullámok elméleti vizsgálatával. Ennek folyományaként  részt vesznek a LIGO Tudományos Kollaborációban is, melynek az Advanced LIGO detektor segítségével 2015-ben először sikerült gravitációs hullámokat közvetlenül kimutatnia, igen távoli feketelyuk-kettősök egyesülése nyomán. Gergely Á. L. és Tápai M. társszerzője az első két felfedezést bejelentő, 2016-ban a Physical Review Letters folyóiratban publikált cikkeknek, valamint társszerzői 24 további, a detektálásokhoz kapcsolódó, zömében asztrofizikai jellegű cikknek is. Tápai M., Keresztes Z. és Gergely Á. L. vizsgálta a precesszáló feketelyuk-kettősök dinamikájában fellépő szekuláris hatásokat és olyan új effektusokat elemzett, amelyek a spinek több precessziós periódust felölelő időskálán mutatkozó bolyongásával állnak kapcsolatban. A szupernagy tömegű fekete lyukak kettős rendszere szintén gravitációshullám-forrás, környezetükre gyakorolt hatásuk nyomán akkréciós korongok és nagyenergiás jetek forrásai. Az utóbbiakban keletkező nagy energiájú neutrínók az IceCube antarktiszi neutrínóobszervatóriumban észlelhetők. Nemzetközi kollaborációban Kun Emma és Gergely Á. L. az ID5-ös azonosítójú neutrínó eseményt szupernagy tömegű fekete lyuk kettős végső összeolvadásának kísérőjelenségeként magyarázta, forrását azonosította. A munka eredményeit összefoglaló cikk az MNRAS Letters-ben jelent meg.

            Gergely Á. L., Keresztes Z. és Nagy Cecília részt vettek a CANTATA (Hálózat a kozmológiai és asztrofizikai elméleti haladásért és képzésért) EU kollaboráció Lisszabonban szervezett első munkatalálkozóján. Gergely Á. L. és Keresztes Z. részt vettek és előadást tartottak a „100 éves az Általános Relativitáselmélet” Nemzeti Közszolgálati Egyetem által rendezett budapesti rendezvényen. Gergely Á. L. és Nagy C. a 20. Párizsi Kozmológia Kollokviumon valamint a Kyoto-i Yukawa Intézetben munkalátogatáson vettek részt, ahol Gergely Á. L. előadott. Gergely Á. L. és Tápai M. nagyszámú hazai meghívott és konferencia előadást tartottak a gravitációs hullámok felfedezéséről, Kövér Krisztina és Racskó Bence pedig posztereket mutattak be. Racskó Bence ÚNKP, Pintér Viktória pedig Tehetség pályázatot nyert el.

Bajai kutatások

 

Az obszervatóriumban egy OTKA pályázaton dolgozik a témavezető irányítása alatt 6 kutató és a projekt terhére alkalmazott 1 főállású (Marschalkó G.) munkatárs (Borkovits T., NKFIH-OTKA K113117, „Többszörös csillag- és bolygórendszerek űrfotometrián alapuló komplex vizsgálata”, futamidő: 2015-2018). A projekt keretében tovább folytattuk az új generációs fedési fénygörbe-illesztő programcsomagunk fejlesztését. A programcsomag legfrissebb verziója immár lehetővé teszi 2+1, illetve 2+2-es hierarchiájú fedési hármas, illetve négyes csillagrendszerek fénygörbéinek modellezését is. Emellett 2+1-es hierarchiájú hármas rendszerek esetében a mozgásegyenletek szimultán numerikus integrálására is lehetőség van, tehát ebben az esetben a programcsomag már komplett „fotodinamikai” fénygörbe- és pályafejlődés modellezésre is képes. Ezen felül beépítettük a szakirodalomban jelenleg elérhető legpontosabb empirikus fősorozati tömeg–sugár, illetve tömeg–fényesség relációkat is, amely lehetővé teszi, hogy a Kepler, illetve CoRoT műholdak által nagy fotometriai pontossággal, de csak egyetlen hullámhossztartományban felvett fénygörbéket kiegészítő spektroszkópiai, illetve többszín-fotometriai mérések nélkül is nem csak geometriailag, illetve dinamikailag, de asztrofizikailag is képesek legyünk modellezni és értelmezni. A programcsomag használatával amerikai-magyar együttműködésben több, a Kepler űrtávcső által frissen felfedezett fedési négyes (sőt egy esetben ötös) csillagrendszer fénygörbéjét sikeresen modelleztük (pl.: KIC 07177553 – Lehmann, Borkovits et al., 2016, ApJ 819, 33; EPIC 212651213 – Rappaport, Lehmann, Kalomeni, Borkovits et al., 2016, MNRAS 462, 1812; EPIC 220204960 – Rappaport, Vanderburg, Borkovits et al., 2016, MNRAS 467, 2160).

Másik nagy tématerületünk a pulzáló komponensű fedési kettőscsillagok fénygörbéjének modellezése és inverz problémájának megoldása. A fedési kettősökben előforduló pulzáló komponensek felszíni pulzációs mintázatának rekonstrukciójára kidolgozott Dynamic Eclipse Mapping módszer első valós alkalmazását sikerült megvalósítani a KIC 3858884 jelű excentrikus tág fedési kettősre, a Kepler űrtávcső nagypontosságú méréseit felhasználva. A rendszer legalább 140 pulzációs frekvenciát mutat, amelyek túlnyomó része a kevésbé fényes másodkomponensről érkezik. Ezek közül kiemelkedően dominál 8 frekvencia, amelyek analízisével sikerült azonosítani a hozzájuk tartozó (l,m) felszíni módusszámokat (2. ábra). Tudomásunk szerint ez az első, asztroszeizmológiától független módus-azonosítás. Eredményeinkről a KASC10/TASC3 tudományos konferencián számoltunk be, illetve szakfolyóiratcikkben is megjelentetjük azokat. Ezeken kívül diplomamunka, TDK és PhD dolgozatok is születtek témavezetésünkkel (Bíró I.B.).

 

 

2 ábra: A KIC 3858884 nemradiális pulzációs módusainak felszíni rekonstrukciója.

 

Néhány éve indult, multidiszciplináris kutatási területek a Földünk „közeli világűr” tartományában (30-100 km) megfigyelhető jelenségek vizsgálata. Ezek három téma köré csoportosulnak:

1. Vörös lidércek szimultán észlelése, és térbeli rekonstrukciója. E témában szoros együttműködésben vagyunk az MTA CSFK soproni Geofizikai Kutatóintézetével (témavezető: Bór József), folyamatosan működtetünk egy távirányítható red sprite kamerát (Jäger Z.). Az év során félezer sikeres, szimultánban rögzített jelenséget detektáltunk, az anyag feldolgozása folyamatos, Baján korábban készült, és folyamatosan fejlesztett program használatával történik (Hegedüs, Jäger, Zelkó).

2. A meteorjelenségek modellezése és konkrét eseményekre történő alkalmazása. Itt új eredmény, hogy 2016 folyamán két független program is készült a meteorok úgynevezett „sötét repülési pályaszakasz”-ának modellezésére (Hegedüs, Jäger), amit más, független programokkal sikerrel teszteltünk.

3. In-situ ballonos mérések. 2016 folyamán ballon indítások történtek, valamennyi sikeresnek mondható, de a folyamatos technológiai fejlesztések (FEDAT és LORA modulok megépítése, Jäger) tesztelésén felül egyelőre még csak a magaslégköri ballontechnika és telemetria tökéletesítése, fényképezés és alap meteorológiai adatok mérése történik. A téma közvetetten és közvetlenül is kapcsolódik a 2. témához, hisz a ballonok mozgása és fedélzeti mérései a meteor pályaszámításoknál figyelembe vett légkörmodelleket segít megérteni, és pontosítani. A 2. és 3. témára 2016 februárjában több intézményben dolgozó kutatók együttműködésében OTKA pályázatot adtunk be (K120490, „Meteorok és űrszemét: a magas-, és felső légkörbe jutó pormennyiség komplex vizsgálata”, témavezető: Hegedüs), amely egyelőre nem kapott támogatást.

 

Oktatás, ismeretterjesztés

 

                A 3 éves fizika alapszakon (BSc) belül a csillagász szakirányon tanítunk csillagászatot. A 2 éves csillagász mesterszak (MSc) mellett a fizikus mesterszakon belül a csillagászat és az asztrofizika modulban is számos tantárgyat oktattunk. A fizikatanároknak „Fizika a társtudományokban” és „Válogatott fejezetek a modern fizikából 1.” kurzusokon is tanítunk csillagászatot. A bajai kutatók az SZTE csillagász képzésében égi mechanika, kettőscsillagok, és műszertechnika tárgyak oktatásával, nyári gyakorlatok és szakdolgozatok témavezetésével vesznek részt, valamint az ELTE Csillagászati Tanszékén is tartanak MSc/PhD-s szabadon választható kurzust a hierarchikus többes csillagrendszerek témakörében, illetve két ELTE-s PhD-hallgató témavezetését is ellátják.
            2016-ban az SZTE-n 4 BSc szakdolgozat, 5 MSc diplomamunka és 6 TDK dolgozat született csillagászati témakörben. Erdei Elvira és ifj. Jäger Zoltán csillagász MSc oklevelet szerzett.  Ifj. Jäger Zoltán felvételt nyert a Fizika Doktori Iskolába. 2016 őszén a kari TDK konferencián Kövér Krisztina és Zsíros Szanna I. díjat, Bókon András és Nagy Cecília II. díjat, Czavalinga Donát és Tarjányi Tamás III. díjat kapott.
A bajai és a szegedi csillagászok (az MCSE-vel és az ELTE GAO-val közösen) immár nyolcadszor együtt rendeztek középiskolások számára országos csillagászati diákvetélkedőt, amely 2011 óta egyben a Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia (IOAA) magyar csapatánakválogatója is. Baján ősszel kéthetenkénti regionális olimpiai felkészítő szakkör indult, amelyre helybelieken kívül más településről is járnak diákok.

A Szegedi Csillagvizsgáló honlapján (http://astro.u-szeged.hu), a Bajai Obszervatórium honlapján (http://www.bajaobs.hu), illetve a közösségi médiában (https://www.facebook.com/csillagvizsgaloszeged, https://www.facebook.com/CsillagvizsgaloBaja)      bemutatóhelyeink programjai és hírei elérhetők.

A péntek esti nyitva tartásaink során Szegeden 2016-ban kb. 4000 látogatónk, Baján (az augusztusi nyílt bemutatóestet is számolva) 400 volt. Az országos, ill. nemzetközi koordinálású nagyrendezvényeken (Csillagászat Napja, Múzeumok Éjszakája és a Kutatók Éjszakája) különösen sokan nézhettek az égre távcsöveinkkel Baján is és Szegeden is.

A szerzők köszönetet mondanak az alábbi kollégáknak a beszámoló szövegéhez való hozzájárulásukért: Bíró Imre Barna, Borkovits Tamás, Bódi Attila, Gergely Árpád László, Szalai Tamás, Vinkó József.


(Meteor csillagászati évkönyv 2018, Magyar Csillagászati Egyesület, Bp. 2017, 312.o.)