Az elmúlt néhány évtizedben a gravitációshullám-csillagászat gyors fejlődésen ment keresztül: a hetvenes évektől a kilencvenes évek végéig használt rezonáns detektoroktól (melyek elsősorban nagy, fémből készült rudakat jelentettek), áttért a lézeres interferométerekre, amelyek a 21. század elejétől váltak a gravitációshullám-kutatás elsődleges eszközeivé.
Az első generációs interferométerek (LIGO, Virgo és GEO600), amelyek a század első évtizedében működtek, bebizonyították, hogy az ilyen típusú detektorok elérhetik a tervezett érzékenységet, és hatékonyan üzemeltethetők. A második generációs, jelenleg működő fejlett detektorok – az Advanced LIGO, az Advanced Virgo és a KAGRA – tíz évnyi megfigyelés során úttörő felfedezéseket tettek: megerősítették több fontos asztrofizikai jelenség létezését, például azt, hogy kompakt objektumok összeolvadása valóban megtörténhet a Hubble-időn belül, és ezek a földi detektorokkal megfigyelhetők. Ugyanakkor a gravitációshullám-megfigyelések tudományos potenciálja még mindig nincs teljesen kiaknázva, különösen az alacsony frekvenciájú tartományban, az ütközés utáni dinamikák, az izolált pulzárok által kibocsátott folyamatos hullámok, valamint az asztrofizikai és kozmológiai eredetű sztochasztikus háttérhullámok detektálása terén.
Az Einstein-teleszkóp
Az Einstein-teleszkóp (ET) egy következő generációs gravitációshullám-detektor lenne Európában, melynek megépítését először 2010-ben vetették fel. A most működő detektorokhoz képest a várható fejlesztések közé tartozik a megfigyelési sávszélesség kiterjesztése a jelenlegi körülbelül 20 Hz-es alsó határról 2 Hz-ig, valamint az érzékenység javítása akár nyolcszorosára a jelenleg már lefedett frekvenciasávon. Az ET-t 250–300 méter közötti mélységbe a föld alá tervezik építeni, hogy csökkentsék a tükrök felfüggesztési rendszerének bemeneténél fellépő szeizmikus mozgásokat, az atmoszférikus zavarásokat, valamint az úgynevezett Newton-zajt. A Newton-zaj, más néven földi gravitációs zaj, jelentős zavaró tényező a földi gravitációshullám-detektorok számára. Ezt a zajt a Föld gravitációs terének ingadozásai okozzák, amelyek a levegő és a talaj sűrűségének változásaiból erednek. Ezeket a sűrűségváltozásokat elsősorban a talajban terjedő szeizmikus hullámok, valamint a légköri nyomás- és hőmérsékletingadozások idézik elő.
Az Einstein-teleszkóp működése háromszög-elrendezésben. Forrás: Nikhef/Marco Kraan.
A detektorkonfigurációt illetően jelenleg két javaslat van napirenden. A legújabb elképzelés egy olyan detektorhálózat, amely két, egymástól nagy távolságra elhelyezkedő, L-alakú, 15 km hosszú karokkal rendelkező detektorral működik. Az eredeti elképzelés szerint viszont három interferométerpár működne, amelyek egy 10 km oldalhosszúságú egyenlő oldalú háromszög csúcsaiban helyezkednének el. Minden interferométerpár egyik tagját az alacsony frekvenciatartományra optimalizálnák (2 Hz < f < 40 Hz), míg a másikat a magas frekvenciatartományra (f > 40 Hz); ezt nevezik xilofon konfigurációnak. Általánosságban elmondható, hogy a sávszélesség 2 Hz-re való kiterjesztése és az érzékenység jelentős javulása nagymértékben növelhetné a detektált események számát, lehetővé téve, hogy a kompakt objektumok összeolvadására figyelmeztetést adhassanak akár percekkel, sőt forrástól függően órákkal az esemény bekövetkezte előtt.
Összeolvadó neutroncsillagok keltette gravitációs hullámok szimulációja. Forrás: R. Hurt/Caltech-JPL.
A telephelyválasztás jelentősége
Az ET helyszínét illetően több lehetséges jelölt is van: az Euregio Meuse-Rhine (EMR) terület, amely Belgium és Hollandia határán fekszik, és amelynek képviselője Terziet falu, valamint az olaszországi Szardínia szigetén található Sos Enattos terület. Mindkét helyszínt részletesen vizsgálták annak érdekében, hogy felmérjék alkalmasságukat az ET fogadására. Később harmadik jelöltként a németországi Lausitz is belépett a helyszínválasztási folyamatba.
A telephely megfelelő kiválasztása, különösen a szeizmikus aktivitás és az alacsony Newton-zaj szempontjából, kritikus szerepet fog játszani az ET működésében. Nemrégiben néhány tanulmány elkezdte vizsgálni a telephelyfüggő zaj hatását az ET teljesítményére. Egyikük bemutatta, hogy Szardínia zajjellemzői közelebb állnak az ET követelményeihez még zajcsökkentő tényezők nélkül is, míg egy feltételezett detektor a Terziet helyszínen erős és összetett Newton-zaj mentesítési rendszereket igényelne, mivel a helyi környezeti zajok hatása az ET tervezett érzékenységére ott számottevő lehet.
Két fekete lyuk összeolvadásának számítógépes szimulációja. Az ilyen események is gravitációs hullámokat keltenek. Forrás: SXSlensing.
A nemzetközi kollaborációról
Az Einstein-teleszkóp Tudományos Együttműködést 2022-ben hozták létre hivatalosan, hogy megszervezze és összehangolja a tudományos célok elérésére irányuló erőfeszítéseket. Az együttműködés célja Európa vezető szerepének megerősítése a gravitációs hullámok kutatásában. Az ET együttműködés több mint 1 400 szakértőt foglal magába, akik 23 ország, köztük Magyarország, több mint 220 intézményéből érkeznek.
Források:
* Di Giovanni, Matteo: Einstein Telescope and Cosmic Explorer, eprint arXiv:2505.11033
* Einstein Telescope
