GRBAlpha: budapesti asztrofizikai “kiskocka” az űrben

Szerző: Vincze Miklós

Azóta tudom biztosan, hogy most aztán már megkérdőjelezhetetlen űrnagyhatalom vagyunk, mióta a múlt héten rájöttem, hogy egyazon hordozórakétával kettő Budapesten összeszerelt műhold is útnak indul a Föld körüli pályára, ráadásul úgy, hogy a két fejlesztőcsapat egyike sem tudott a másikról. Vagy legalábbis arról biztosan nem, hogy okos kis szerkezeteik együtt startolnak Föld körüli pályára. Ha nem lenne ez a nyomorult járvány, még az is könnyen megeshetett volna, hogy a GRBAlphát, az első magyar vezetéssel fejlesztett, kimondottan asztrofizikai kutatásokat végző műholdat készítő barátaim a bajkonuri starthelyen jönnek rá, hogy nem ők az egyetlen magyar küldöttség, hanem ott vannak a buszon a zsebműholdakat már-már rutinszerűen ontó BME pikoműholdjának a SMOG-1-nek “gazdái” is. Persze a járványhelyzet miatt most ők is, ahogyan mi többiek is jobb híján az Interneten fogjuk csak követni a szombat reggeli startot, például a Spacejunkie-s srácok közvetítésében. [LINK] Amikor e sorokat írom, a Gagarin-repülés közelgő hatvanadik évfordulója tiszteletére ragyogó fehérre festett Szojuz 2.1 hordozórakéta immár ott áll a kazahsztáni starthelyen, ahol szombat reggel, magyar idő szerint 7:07-kor harminckét hajtómű lép majd egyszerre működésbe, hogy legyőzze a Föld nehézségi erejét és pályára állítsa (sok egyéb hasznos teher mellett) ezt a számunkra oly kedves Rubik-kockányi kis holdacskát.

De mit is kell tudnunk a GRBAlpháról? A nevében szereplő GRB a Gamma Ray Burst, vagyis gammafelvillanás, gammakitörés rövidítése. A GRB-k az ismert Univerzum legnagyobb energialöketei, melyek a gravitációs hullámok első, 2015-ös detektálása óta egyre inkább a tudományos érdeklődés homlokterébe kerültek. Gammakitöréseket ugyanis olyan folyamatok is okozhatnak, mint például a fekete lyukak vagy neutroncsillagok összeütközése, melyek egyúttal gravitációs hullámokat is gerjesztenek. Ám a LIGO és egyéb gravitációshullám-detektorok hatalmas pontatlansággal képesek csupán a források lokalizálására, mint ahogy egy úszómedence szélénél felvett vízszint-adatsorokból sem tudjuk egykönnyen meghatározni, hogy a medence melyik pontjára dobtuk be a hullámzást kiváltó labdát. Szóval ha azt is tudni szeretnénk, hogy a gravitációs hullámok merről érkeztek, célszerűbb a velük együtt járó gammakitörésekre figyelnünk. Ám egy ilyen felvillanás leginformatívabb és legenergikusabb része épp a rövid kezdeti vagyis “tranziens” szakasza, melyet különösen nehéz elcsípni egy komolyabb röntgen-gamma távcsővel. Mire ugyanis az ember “észbe kap” és oda tud irányítani egy műszert a forrás felé, a kitörés legérdekesebb része rendszerint már el is múlt. A dolgot az sem könnyíti éppen meg, hogy a gammasugárzás nem jut keresztül a Föld légkörén, vagyis ilyen vizsgálatokat minimum a sztratoszférából, de még inkább a világűrből lehet csak végezni, így aztán finoman szólva nem nagyon vagyunk eleresztve az eget folytonosan pásztázó gammateleszkópokkal. Nem véletlen, hogy a GRB-ket is csak az 1960-as években, az űrkorszakban fedezhették fel, ráadásul olyan amerikai katonai műholdak, melyeknek célja a szovjet kísérleti magaslégköri atomrobbantások (melyek szintén gamma-fotonokat bocsájtanak ki) detektálása volt.

Sajnos azonban a gammafelvillanások sem lokalizálhatók egykönnyen: ilyen nagy energiájú fotonokat nem lehet csak úgy lencsékkel meg tükrökkel irányítgatni, fókuszálni, mint ahogy a látható fényt vagy akár a rádióhullámokat szokás. Egy szó mint száz: a GRB-k tranziens szakaszainak gyors, valósidejű detektálása és az iránymeghatározás az asztrofizika valódi, hőn áhított szent grálja. S ha Szent Grál, akkor a Kerekasztal lovagjai az Arthur-mondakörből, s ha Arthur király, akkor Camelot, vagyis CAMELOT. Ez a név az én egyetlen érdemi(?) hozzájárulásom ehhez a projekthez, amelynek ötlete egyébként egy feledhetetlen sörözős brainstorming keretében született meg valamikor 2017-ben. A CAMELOT egy betűszó; viccnek szántam, de megragadt. Cubesats Applied for MEasuring and LOcalazing Transients, vagyis cubesatok (kicsi kocka-műholdak) a tranziensek mérésére és lokalizálására alkalmazva. A CAMELOT-terv lényege a következő receptben foglalható össze: végy nagyon egyszerű icipici műholdból jó sokat. Szereld fel mindegyiket kis gammadetektorokkal, amik önmagukban kis túlzással csak annyit tudnak, hogy ha eltrafálja őket egy kozmikus gamma-foton, akkor azt mondják, hogy “ping”, de a becsapódás időpontját nagyon pontosan megjegyzik. Ha a sok kis műholdacskát szétszórjuk a Föld körül, az egymástól ezer kilométerekre pörgő-forgó sok gamma-detektor egyetlen nagy képzeletbeli ernyővé áll össze, s a műholdak helyét és orientációját ismerve adataikból nagy pontossággal “kiháromszögelhető” a beérkező GRB hőn áhított iránya. Ez adatfeldolgozási szempontból egy komoly feladat, de az elv a maga egyszerűségében elegáns és szép. Képzeljük csak el például, hogy milyen jó lenne egy ilyen kicsi “gammadetektor-egységcsomagot” kifejleszteni, amit aztán “potyautasként” mindenféle műholdra fel lehetne szerelni. Gondoljunk bele, ha ezt a pici, tokkal-vonóval néhány dekás eszközt fel lehetne szerelni a SpaceX sokezernyi StarLink műholdjára. Egy bolygóméretű, s egyszerre minden irányba “néző” gammatávcső jöhetne létre! Ez tehát a nagy CAMELOT-vízió.

A kazah sztyeppéről szombaton felszökkenő GRBAlpha pedig nem más, mint ennek a technikának a legelső demonstrációja; innen a név második fele. Alpha, alfa, a kezdet. A liternyi kisműhold lelke tehát a gammadetektor, annak pedig egy cézium-jodid kristály, amely a gamma-sugárzás hatására látható fényt bocsájt ki. “Ezt érzékeny fotonszámlálóknak nevezett szenzorokkal érzékeljük, majd a jel erősítése és digitalizálása után a csillagászatilag is gyanús jeleket vagy helyben letároljuk vagy közvetlenül a rádiómodul felé továbbítjuk” – mondta Pál András a Konkoly Csillagászati Intézet kutatója, aki a rendszer fejlesztését vezette. “A projekt rendkívül jó példája a nemzetközi együttműködésnek,amelyben japán és magyar kutatók közösen egy olyan csillagászati műszert fejlesztenek kisműholdra amely előtte csak nagy műholdakon repült”, nyilatkozta Masanori Ohno aki a projekt miatt Japánból, Hirosimából költözött Budapestre. “Nagy kihívás volt a teljes detektort úgy megtervezni, hogy ebben a kis térfogatban is elférjen” egészítette őt ki Mészáros László, aki többek közt a detektor mechanikai vonatkozásaiért volt felelős. “A kristály fóliákba való csomagolásánál és összeszerelésénél sokszor hihetetlenül óvatos kézi munkára volt szükség” tette hozzá Jakub Řípa asztrofizikus. “Ehhez amúgy Ohno-szan origami-szaktudására is szükség volt” – mesélte nekem a Sokolébresztő egyik adásában Werner Norbert, aki a projekt tudományos koordinációját segítette. A kisműhold fedélzeti rendszereit a szlovák Spacemanic és Needronix cég készítette a Kassai Műszaki Egyetem Repülőmérnöki Karának munkatársaival és a magyar csoporttal együttműködve, a műhold végső összeszerelése pedig tavaly novemberben a Konkoly Intézetben történt, vagyis a kiskocka egy valódi nemzetközi tudományos-technikai együttműködés keretében jött létre. S ha a GRBAlpha küldetés sikerrel demonstrálja a rendszer működőképességét, akkor nagyot léphetünk előre a CAMELOT-vízió megvalósulása, s a dinamikus gamma-univerzum titkainak feltárása felé.

Hajrá GRBAlpha!

A képek forrása és további információk: https://grbalpha.konkoly.hu/