SZATMÁRY KÁROLY – HEGEDÜS TIBOR

 

Az SZTE szegedi és bajai csillagászati tevékenysége 2017-ben

 

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 munkatárs. Továbbá dr. Kun Emma tudományos segédmunkatárs, Tápai Márton predoktor, Barna Barnabás, Bódi Attila, Mitnyan Tibor, ifj. Jäger Zoltán PhD ösztöndíjasok. Keresztes Zoltán és Székely Péter habilitációs előadásokat tartott. Kun Emma megvédte „Szupernagy tömegű fekete lyuk kettősökre utaló jelek rádió-hangos aktív galaxismagok jeteiben” című PhD értekezését.

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

 

Tudományos eredmények

Változócsillagok

            Tovább folytattuk a Kepler-mezőben található, hosszú másodlagos periódust mutató kis amplitúdójú vörös óriás csillagok vizsgálatait. Periódusarányokból a lehetséges pulzációs módusokra következtettünk. Kimutattuk a TU Cygni Mira-típusú változócsillagról, hogy fényességváltozásának hátterében periódus kettőződés, azaz alacsony dimenziójú káosz áll.

A pulzáló RV Tauri csillagok RVb alosztályába tartozó 15 objektum fényességváltozását vizsgáltuk meg. A fluxusgörbék alapján meghatároztuk a pulzáció és a moduláció periódusát. Arra következtettünk, hogy az RVb csillagok a pulzációs amplitúdó lineárisan arányos az átlagfényesség fluxusértékével. Valószínűleg kettős rendszerek, amelyek körül egy porkorong okoz periodikus elhalványodást (Kiss és Bódi 2017, A&A 608, A99, Meteor 2018. május 46.o.).

Befejeztük a VW Cephei szoros fedési kettős rendszer fotometriai és spektroszkópiai vizsgálatát, fizikai paramétereinek meghatározását, valamint a periódusváltozás elemzését (Mitnyan et al. 2018, A&A 612, A91). 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

 

2017-ben 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 30 szupernóva fényváltozását követtük, többről színképeket is felvettünk a texasi McDonald Obszervatórium 10 m-es Hobby-Eberly Távcsövével.

Továbbra is kutatásaink homlokterében áll a szupernóva-robbanások táguló maradványainak a környezetükben lévő, a robbanást megelőző évszázadokban, évezredekben ledobódott anyaggal való kölcsönhatásuk vizsgálata. Ebben az évben jelent meg az első publikációnk a 2014 óta a texasi kollégákkal közösen zajló programunk gyümölcseként, amelynek során a texasi McDonald Obszervatórium 2,3 m-es távcsövét használva, keskeny sávú H-alfa szűrős észlelések elemzése segítségével keressük az említett kölcsönhatások jeleit (Vinkó et al. 2017, ApJ, 837, 62). A legérdekesebb objektumokról a keskeny sávú képalkotás mellett színképfelvételeket is készítünk a megújult Hobby-Eberly Távcső LRS2 spektrográfjával. Vinkó J. emellett részt vett az SN 2017egm jelű szuperfényes szupernóva fénygörbéjének cirkumsztelláris kölcsönhatásokkal történő modellezésében (Wheeler et al. 2017, ApJ Letters, 851, 14). Szintén ehhez a témakörhöz sorolandó az eddigi legnagyobb, közép-infravörös szupernóva-adatsor elemzése, amely nemzetközi együttműködésben, Szalai T. vezetésével és Zsíros Szanna MSc-hallgatónk közreműködésével zajlik; a Spitzer-űrtávcső adatbázisának átfésülése eredményeképp több mint 1100 szupernóva-pozícióról készült felvétel (köztük 120 pozitív találat) segítségével vizsgálhatók a különböző cirkumsztelláris kölcsönhatások, valamint a robbanások előtti és utáni porképződés lehetősége. A témából Szalai T. a „The AGB-Supernovae Mass Transition” c. konferencián (Róma, 2017. március) poszterrel, a “Deciphering the violent Universe” c. konferencián (Playa del Carmen, Mexikó, 2017. december) előadással szerepelt. Barna B. vezetésével modellezési vizsgálatokat folytattunk az ún. Iax altípusba tartozó (különleges, relatíve kis energiájú) szupernóvák színképsorozatainak felhasználásával, a szupernóva-burokban lévő kémiai elemek eloszlásának megismerése céljából (ún. „abundancia-tomográfia”). A vizsgálatok első, a 2011ay jelű szupernóvára vonatkozó eredményeiről publikáció is megjelent (Barna et al. 2017, MNRAS, 471, 4865).

Nagy A. vezetésével szintén sikeresen folytatódott a kollapszár szupernóva-robbanások lefolyásának, valamint a robbanást megelőző csillagfejlődési állapotok komplex modellezéssel történő vizsgálata, amely munka egyre szélesedő nemzetközi együttműködéseket is eredményez. Nagy A. az említett római és mexikói konferenciákon szintén bemutatta munkáját (előbbin előadás, utóbbin poszter formájában).

 

Gravitációs kutatások
 
            Gergely Árpád László tanítványaival két évtizede foglalkozik egymásba spirálozó fekete lyuk kettősök és a kísérő gravitációs hullámok elméleti vizsgálatával. Ennek folyományaként részt vesznek
a LIGO Tudományos Kollaborációban, melynek az Advanced LIGO detektor segítségével 2017-ben 4 esetben sikerült gravitációs hullámokat közvetlenül kimutatnia. Különös jelentősége volt a GW170817 neutroncsillag-kettősből érkezett gravitációs hullám felfedezésének, amelyet az elektromágneses spektrum valamennyi tartományában kimutatott sugárzás kísért. Mind a GW170817-et 1,7 s-os késéssel követő gamma-kitörés, mind a gravitációs hullámok diszperziójának mérése a gravitációs sugárzás fénysebességű terjedését igazolta, szűkítve ezzel a lehetséges gravitációelméletek osztályát. Gergely Á. L. és Tápai Márton társszerzői a felfedezéseket bejelentő és azokat értelmező 28 cikknek, részvételükért a spanyol Princess of Asturias Díjban, az Amerikai Csillagászati Társaság Rossi Díjában, valamint a Royal Astronomical Society Group Achievment Díjában részesültek. 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.  Szintén nemzetközi kollaborációban Kun E. és Gergely Á. L. a 1308+326 kvazár jetének kinematikáját vizsgálta, a munka  az Astronomy and Astrophysics folyóiratban jelent meg.

            Gergely Á. L. és Keresztes Z. a „Gravitációs hullámok, fekete lyukak és fundamentális fizika” (GWniverse), valamint a „Kozmológiai és asztrofizikai hálózat az elméleti fejlemények és képzési kezdeményezések” (CANTATA) COST hálózatok Menedzsment Bizottsági tagjaiként tevékenykedtek. Gergely Á. L., Kun E., Tápai M., Racskó Bence és Nagy Cecília előadásokat tartottak Gyöngyösön a 10. Bolyai-Gauss-Lobachevsky nemzetközi konferencián. Gergely Á. L. és Tápai M. nagyszámú hazai meghívott és konferencia előadást tartottak a gravitációs hullámok felfedezéséről. 

           

Bajai kutatások

 

Az OTKA K113117 projekt keretében tovább folytattuk az új generációs fedési fénygörbe-illesztő programcsomagunk fejlesztését és a Kepler-űrtávcső által mért fedési kettőscsillagok tanulmányozására történő alkalmazását. A programcsomag legfrissebb verziója a fotometriai fénygörbék mellett lehetővé teszi a radiálissebesség-görbék, valamint az észlelt, illetve az előrejelzett fedési minimumidőpontok változó eltéréseiből képzett ún. O-C-görbék egyidejű modellezését is. Ezen felül, 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. (A szoftver fejlesztésének aktuális állását Marschalkó G. az MTA Wigner Fizikai Kutató Központjában 2017. június 23-án rendezett GPU Day 2017 – The Future of Many-Core Computing in Science című szakmai konferencián tartott előadásában ismertette.) A jelentősen továbbfejlesztett programcsomaggal, nemzetközi együttműködéssel, sikeresen modelleztük a Kepler-űrtávcső meghosszabbított (K2) küldetése során frissen felfedezett, EPIC 219217635 katalógusszámú, két fedési kettőscsillag alkotta négyes csillagrendszer fényesség- és radiálissebesség-változásait, és meghatároztuk a négy csillag asztrofizikai paramétereit és evolúciós fázisát (Borkovits et al., 2018, MNRAS, közlésre elfogadva).

Részben a fenti témához kapcsolódva a CoRoT-űrtávcső által vizsgált fedési kettősök O-C-görbéit átvizsgálva hierarchikus hármascsillag-jelölteket kerestünk és találtunk, majd elvégeztük e rendszerek fedési fénygörbe- és O-C-görbe-analízisét. Ezen felül felfedeztük a CoRoT-űrtávcső első két triplán fedő hármas csillagrendszerét is (Hajdu et al., 2017, MNRAS, 471, 1230).  

A fenti két témával kapcsolatos, korábbi, másfél évtizednyi kutatásaira alapozva Borkovits T. akadémiai nagydoktori disszertációt nyújtott be.
          Másik nagy tématerületünk a pulzáló komponensű fedési kettőscsillagok fénygörbéjének modellezése és inverz problémájának megoldása. E területen az eddig sikeresen vizsgált KIC 3858884 rendszer mellett további rendszerek elemzése is elkezdődött Bókon András PhD hallgató révén, aki 2017 őszén kezdte el a doktori képzést ebben a témában.

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

1. Légköri elektro-optikai jelenségek észlelése. E témában 2014. óta szoros együttműködésben vagyunk az MTA CSFK Geofizikai Kutatóintézetével (Sopron, témavezető: dr. Bór József), folyamatosan működtetjük az általuk intézetünkbe telepített távirányítható „red sprite kamerát” (Jäger). Minthogy a másik ilyen  hazai állomáson, Sopronban 2015 óta szünetel az észlelés technikai okok miatt, a légköri jelenségcsoport nemzetközi szintű szervezett észleléseit magyar részről az elmúlt években kizárólag a bajai állomás képviseli. 2017-ben júniustól szeptemberig 44 éjszaka volt alkalmas megfigyelések végzésére. Ebből 29 éjszakán rekord számú, összesen 468 különböző elektro-optikai eredetű fényjelenséget sikerült rögzíteni. A bajai állomás a világűrből történő (az ISS fedélzetéről 2018-ban induló Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM)) megfigyelésekhez kapcsolódó felszíni észlelési kampány fontos állomása lesz. Az év során készült legjelentősebb cikkünk J. Bór, Z. Zelkó, T. Hegedüs, Z. Jäger, J. Mlynarczyk, M. Popek, and H. D. Betz: On the Series of +CG Lightning Strokes in Dancing Sprite Events, benyújtva a Journal of Geophysical Research Atmospheres folyóirathoz. 

2. A meteorjelenségek modellezése és konkrét események tanulmányozása. A munka külső együttműködők bekapcsolásával folyik (Csizmadia, Institute of Planetary Research, German Aerospace Center, Berlin; Zelkó, Vega Csillagászati Egyesület, Kereszty, Corona Borealis Obszervatórium), és egy szakdolgozati munka tárgya is (Horváth, PTE). OTKA kutatási pályázatot adtunk be, dr. Gucsik Arnold vezetésével (K129173 „Meteors and Space Debris: a complex study of dust amount in the Atmosphere”). Új eredmény a 2017.04.08. 18:47:33 UTC-kor Dél-Dunántúl felett feltűnt és később robbanás-szerűen dezintegrálódott tűzgömb feldolgozása (Hegedüs, Jäger). A sötétrepülési pályaszakasz elemzésével hullási zónát határoztunk meg, amely alapján egy 3 napos miniexpedíció során 8 fős kereső csapat kísérletet tett hullott darabok megtalálására – egyelőre sikertelenül. Szoftverünk továbbfejlesztésével a Naprendszer-beli pályát is meg tudtuk határozni, amely alapján feltételezhetően a 2016 GF241, egy kb. 65-147 m méretű Apollo-típusú aszteroida lehet a szülőégitest (2. ábra). 

2. ábra: A 2016GF241 aszteroida pályája 

További felmerülő kérdés volt a korábban, szinte ugyanezen időszakban (2015.04.06. 17:31:01 UTC-kor, a Bükk felett) felrobbant „Húsvéti tűzgömb” esetleges hasonlósága, közös eredete a mostanival. Azonban az idei tűzgömbétől teljesen eltérő – és egyúttal semmilyen ismert aszteroidával összefüggésbe nem hozható – pályaelemeket kaptunk. A csillagászat történetében rendkívül ritka a kiszámolt pályaelemekkel rendelkező, jól leészlelt vizuális pályával és megtalált meteorit-darabokkal is bíró hullások száma (20 alatti), ezért minden egyes ilyen esemény alapos tanulmányozása nagy jelentőséggel bír. Munkánkról a ZILELE 2017 és IMC 2017 konferenciákon előadásokban ill. posztereken számoltunk be.

 

Pályázatok, díjak

 

A kutatásaink végzéséhez kapcsolódó kiadásokat (bérek, szakmai utak, eszközbeszerzések) különféle pályázatok segítségével tudjuk fedezni: GINOP 2.3.2-15-2016-00033 („Tranziens asztrofizikai objektumok”, témavezető: Vinkó J., 2017-2020, 687 MFt), NKFIH-OTKA: K113117 („Többszörös csillag- és bolygórendszerek űrfotometrián alapuló komplex vizsgálata”, témavezető: Borkovits T., 2015-2018, 32 MFt), PD112325 („Rejtélyes csillagrobbanások: a szupernóvák homogenitása és változatossága”, témavezető: Szalai T., 2015-2017, 20 MFt), K123996 („Gravitációs hullámok és forrásaik az általánosított gravitációelméletek erős tér tartományaiban”, témavezető: Gergely Á. L., 2017-2021, 30 MFt). Ez utóbbi keretén belül Gergely Á. L., Keresztes Zoltán és Kun E. galaktikus forgásgörbékkel sötét anyag modelleket tesztelt, a munkák az Astronomy and Astrophysics és az Advances in High Energy Physics folyóiratokban jelentek meg.

            A 2017/18-as tanévre több hallgatónk (Kövér Krisztina, Nagy Cecília, Zsíros Szanna) és munkatársunk (Barna B. - predoktori kategória, Keresztes Z. és Szalai T. - posztdoktori kategória) is elnyerte az Új Nemzeti Kiválósági Program támogatását. Nagy A. a Fulbright Ösztöndíjprogram támogatásával 3 hónapot töltött a Michigan State University-n (USA).
          Bódi A. 2017 júliusában Angliában a TASC3/KASC10, majd szeptemberben Lengyelországban az RRL2017 konferencián vett részt. Mindkét helyen poszteren mutatta be eredményeit az OGLE vörös óriás csillagok szeizmológiájával, valamint az erősen Blazsko modulált RR Lyrae csillagokkal kapcsolatban. 2017 októberében a nyertes Campus Mundi pályázatának köszönhetően egy hónapot töltött az angliai Birmingham-i Egyetemen, ahol forró, pulzáló csillagok granulációjának vizsgálatával foglalkozott. Barna B. a Campus Mundi program támogatásával vett részt rövid tanulmányúton  (Queens University Belfast), majd ősztől az Európai Déli Obszervatórium (ESO) Student Fellowship program keretében egy évig az ESO Garching-i kutatóközpontjában dolgozik.
          2017 tavaszán a XXXIII. OTDK konferencián 7 hallgatónk vett részt; közülük Nagy Cecília az Extragalaktikus asztrofizika tagozatban I. díjat kapott. Szalai T. 2017-ben elnyerte az SZTE TTIK Kari Tudományos Díját, valamint a Magyar Tudomány kategóriában Junior Príma Díjban részesült.

 

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 a „Csillagászati megfigyelések, a „Fizika a társtudományokban” és a „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 SZTE-s és ELTE-s PhD-hallgatók témavezetését is ellátják.

            2017-ben az SZTE-n 5 BSc szakdolgozat és 6 MSc diplomamunka született csillagászati témakörben. Csányi István csillagász MSc oklevelet szerzett. Bókon András és Czavalinga Donát felvételt nyert a Fizika Doktori Iskolába.

A bajai és a szegedi csillagászok (az MCSE-vel és az ELTE GAO-val közösen) immár kilencedik alkalommal együtt rendeztek középiskolások számára országos csillagászati diákvetélkedőt, amely 2011 óta egyben a Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia (IOAA) magyar csapatának válogatója is. Baján ősszel kéthetenként regionális olimpiai szakkör indult, amelyre helybelieken kívül más településről is járnak diákok. Szegeden a Fizika Diákolimpiai Szakkör keretén belül tartunk évente 1-2 csillagászati témájú foglalkozást. A 2019. évi IOAA magyarországi megrendezésének koordinálását az 1847/2017. (XI.29.) kormányhatározattal a Szegedi Tudományegyetem, csillagászati munkaközösségünk kapta. Ennek keretében a szegedi és bajai kollektíva valamennyi hazai, a csillagászat terén működő intézmény és szakmai csoport, valamint néhány civil szervezet bevonásával megkezdte a szervező munkát. A vonatkozó időszakban a fő helyszínek és együttműködő piaci szereplők kiválasztása, és érdekegyeztető tárgyalások történtek meg, valamint megszülettek a diákolimpia grafikai elemei (logo, szimbólumok, stb.). Mindezt a thaiföldi diákolimpián (2017.11.11-21. Phuket) fél órás prezentáció keretében mutattuk be, a nemzetközi szakmai fórum általános tetszése mellett.

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 2017-ben kb. 3000, Baján 400 látogatónk 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, Bór József, Bódi Attila, Gergely Árpád László, Szalai Tamás.

 

(Meteor csillagászati évkönyv 2019, Magyar Csillagászati Egyesület, Bp. 2018)