Köszöntjük a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont
Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet honlapján!
A Csillagászati Intézet (angolul Konkoly Observatory) a vezető csillagászati kutatóintézet Magyarországon, és az egyik legjelentősebb az egész közép-kelet-európai régióban. Több mint hatvan kutató dolgozik nálunk, akiknek ötöde külföldi állampolgár. Kilenc kutatócsoportunk tevékenysége lefedi a csillagászat és asztrofizika legtöbb területét a csillagok fizikájától a naprendszeres kutatásokon keresztül a csillag- és bolygókeletkezésen és exobolygókon át a nukleáris és extragalaktikus asztrofizikáig és a kozmológiáig.
A Csillagászati Intézetnek két saját műholdja van, de részt vesz számos európai űrprogramban is. Intézetünk eddig két ERC-, 2 GINOP- és 7 Lendület-pályázatot nyert. Büszkék vagyunk a Konkoly Nobel programra és az egyetemi hallgatókat támogató demonstrátori programunkra. Tehetséggondozó tevékenységünk keretében rendszeresen foglalkozunk kiemelkedő tehetségű középiskolás diákokkal, illetve irányítjuk a csillagászati és asztrofizikai diákolimpia hazai felkészítő versenyeinek szervezését.
Obszervatóriumunk 1899-ben jött létre, Konkoly Thege Miklós ógyallai magán- obszervatóriumának jogutódaként. Intézetünk a Földrajztudományi Intézettel és a Földtani és Geokémiai Intézettel alkotja a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontot. Az MTA Kiváló Kutatóhely minősítésű CSFK 2019. szeptember 1-től a Magyar Kutatási Hálózat (HUN-REN) része.
Három telephelyünk közül az egyik a Piszkéstetői Obszervatórium, ami a hazai TOP50 kutatási infrastruktúra kitüntető címmel rendelkezik. Intézményünk együttműködik a legjelentősebb hazai felsőoktatási intézményekkel, és a normafai telephelyén üzemelteti a Svábhegyi Csillagvizsgálót, az egyedülálló interaktív csillagászati élményközpontot.
Az Intézet fő kutatási területei
Csillagszerkezet és -fejlődés
A Csillagászati Intézet egyik fő kutatási területe a csillagok szerkezetének és fejlődésének a vizsgálata. Ezen belül is a legmeghatározóbb kutatási téma a változó fényességű csillagok vizsgálata, ami közel évszázados hagyományra tekint vissza. A rezgéseket mutató pulzáló változócsillagok tanulmányozása révén feltérképezhetjük ezen csillagok belső szerkezetét. Ezek a csillagok alkalmasak kozmikus távolságmérésre és Galaxisunk szerkezetének és fejlődésének vizsgálatára.
A csillagrezgések fizikáját számítógépes szimulációk révén vizsgáljuk az Intézetben, valamint űrbe helyezett távcsövekkel (pl. CoRoT, Kepler/K2, TESS és Gaia) és hatalmas égboltfelmérő programokkal gyűjtünk minden korábbinál több és pontosabb adatokat róluk. Utóbbira példa a WEAVE és a Vera C. Rubin Obszervatórium hamarosan induló 10 éves LSST programja. Legújabban mesterséges intelligenciára épülő, képalapú klasszifikációs algoritmusokkal is foglalkozunk, melyek az emberi agyban végbemenő, változócsillag típusok felismerése közben végbemenő folyamatokat imitálják, és segíthetnek a Big Data korszakban a korábban elképzelhetetlen mennyiségű – akár sok millió vagy milliárd terabájtnyi – adat feldolgozásában.
Csillag- és bolygókeletkezés
A Naprendszer és bolygói, különösen a Föld keletkezése egyike az emberiség legősibb kérdéseinek. Az elmúlt három évtizedben több mint 5700 planétát fedeztünk fel, és kiderült, hogy szinte minden csillag körül találunk bolygót vagy bolygórendszert. A 21. századi csillagászati kutatások élvonalába tartozik a csillagok és bolygórendszereik keletkezésének megértése is. A bolygórendszerek a csillagkeletkezés során létrejövő csillagkörüli korong anyagából jönnek létre. Az Intézet egyik kutatási iránya e korongok szerkezetének és dinamikájának tanulmányozása. Kutatásaink alapja a legmodernebb, az optikai mellett infravörös és mikrohullámú megfigyelési technológia, benne űrtávcsövek (Hubble, Spitzer, Herschel, Gaia, James Webb) és a legnagyobb földi teleszkópok (többek között a chilei VLT – Nagyon Nagy Távcső és az ALMA rádióantenna-rendszer) széleskörű használata. Az interferometrikus mérések, melyek során különálló teleszkópok fényét egyesítve egyetlen óriástávcsőnek megfelelő szögfelbontás érhető el, lehetővé teszik, hogy tanulmányozzuk a csillagkörüli anyag fizikai és kémiai viszonyait. Ennek a megfigyelési technikának a fejlesztésére és elterjesztésére szolgál egy európai hálózat részeként működő, a kutatócsoport által létrehozott és működtetett interferometria szakértői központ is, amely szakmai segítséget nyújt interferometrikus mérések tervezésében, kivitelezésében, és kiértékelésében. Ugyancsak az exobolygók jobb megértését segítik elő az Európai Űrügynökség CHEOPS, PLATO és Ariel küldetései is, melyekben Intézetünk kutatói is dolgoznak. A CHEOPS 2019 óta működik, a PLATO 2026-ban, az Ariel pedig 2029-ben indul, és 1000 exobolygó légkörét fogja megvizsgálni. Emellett kialakult egy elméleti, modellező háttér is, amely a fiatal csillagok környezetének szerkezetét és dinamikáját szimulálja grafikus processzorok, felhőalapú futtatások, vagy éppen gépi tanulásos módszerek segítségével.
Csillagaktivitás
A naptevékenységhez köthető jelenségek (pl. a napfoltok, a napflerek, a koronakitörések, azaz a CME-k) előidézője a Napban működő mágneses dinamó. A szoláris paradigma alapján a napfoltokkal analóg csillagfoltok a csillagokban működő mágneses dinamókról tanúskodnak. A különböző típusú és korú csillagok mágneses aktivitásának tanulmányozása ezért nem csak abban segít, hogy megértsük az aktivitás hátterében húzódó fizikai folyamatokat, de a napdinamó működését is jobban megismerhetjük. A csillagaktivitás témakörében egyebek mellett a következő témákkal foglalkozunk: hosszú időskálájú adatsorok vizsgálatával a napciklushoz hasonló aktivitási ciklusokat keresünk csillagokon; nagyfelbontású spektroszkópiai és spektropolarimetriai adatok felhasználásával csillagfelszíni alakzatokat rekonstruálunk és azok időbeli fejlődését vizsgáljuk; űrfotometriai adatokban csillagflereket keresünk gépi tanulási algoritmusok segítségével, a flerek jellemzőit pedig statisztikai módszerekkel elemezzük; a koronális anyagkidobódások nyomait kutatjuk az aktív csillagok asztroszférájában; a lakhatóság feltételeit vizsgáljuk az aktív csillagok környezetében. Mindezek alapján napjaink olyan izgalmas alapkérdéseire kaphatunk választ, mint pl. hogyan befolyásolja a naptevékenység a Föld klímáját, vagy hogy mi a szerepe a nap- és csillagaktivitásnak az élet kialakulásában, és hogy veszélyt jelenthet-e a naptevékenység (általában pedig a csillagok aktivitása) a kialakult életformákra, és ha igen, miként?
Naprendszeres kutatások
A Csillagászati Intézetben végzett Naprendszer-kutatások főként kis égitestekkel foglalkoznak: földközeli és főövi kisbolygókkal, Kuiper-öv objektumokkal és törpebolygókkal. A Piszkéstetőn található 60/90 Schmidt-távcső a földközeli objektumok és a Földdel való ütközési pályán lévő objektumok felfedezésére szolgál. Ez a legsikeresebb felfedezési projekt az Egyesült Államokon kívül, fontos bolygóvédelmi program, amelyet az Európai Űrügynökség és az űrközösség is elismer és támogat. Nagy felmérő programok, különösen a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) adatait használjuk kisbolygók fényességváltozásainak nyomonkövetésére, amelyekből forgási tulajdonságokat, alakot és fázisgörbéket tudunk meghatározni. Ez a valaha összeállított legnagyobb ilyen minta, amely betekintést nyújt az kisbolygók ütközési fejlődésébe, valamint a felszínt borító anyagok jellemzőibe több százezer, a fő kisbolygó-populációkhoz tartozó aszteroida esetében. Földi és űrtávcsövek több hullámhosszon és különböző műszerekkel készült méréseit használjuk kentaurok és a Neptunuszon túli égitestek komplex rendszereinek, köztük ezek gyűrűinek és holdjainak tanulmányozására. Ezek a mérések képezik a kialakulási, a belső szerkezeti és a kémiai fejlődési modellek alapjait, és egyes esetekben olyan példátlan jelenségekre mutatnak rá, amelyek nagyban befolyásolják e távoli világok megértését.
Extragalaktikus csillagászat
Rádiócsillagászati kutatásaink fő célpontjai a távoli aktív galaxismagok, a kvazárok. Ezek középpontjában egy (vagy esetenként több) szupernagy tömegű, vagyis akár több milliárd naptömeggel egyenértékű fekete lyuk található. Ezek anyagot fognak be a környezetükből, ennek köszönhetik hatalmas teljesítményű sugárzásukat, amelynek révén egészen a belátható világegyetem „széléről” is megfigyelhetők. Méréseinkhez az egész Földet behálózó – sőt műholdra telepített antennák révén akár a világűrbe is kiterjedő – nagy nemzetközi rádiótávcső-hálózatokat használunk, amelyek a modern csillagászatban elérhető legjobb szögfelbontást nyújtják. A kvazárokból kidobódó rádiósugárzó plazmanyalábok, valójában az univerzum legnagyobb részecskegyorsítói az asztrofizikai kutatások mellett lehetővé teszik, hogy ezen távoli és szinte mozdulatlannak látszó objektumok pozíciói egy pontos vonatkoztatási rendszert jelöljenek ki az égen. Ezt pedig más rádiósugárzó égi objektumok – halványabb kvazárok, de akár a Naprendszer bolygóihoz küldött űrszondák – precíz helymeghatározására alkalmazhatjuk. A távoli extragalaxisokban feltűnő tranziens objektumokkal foglalkozó kutatási programunkban többek között szupernóvákat (azaz felrobbanó csillagokat), gamma-kitöréseket, aktív galaxismagok kitöréseit, vagy szupermasszív fekete lyukak által széttépett csillagok árapály-katasztrófáit vzsgáljuk. Az ehhez szükséges mérések egy részét a Piszkéstetői Obszervatórium 0,8 m átmérőjű robottávcsövével végezzük el, valamint együttműködéseken keresztül más hazai és külföldi csillagvizsgálókból, valamint űrobszervatóriumokból származó adatokat is felhasználunk. A méréseket komplex elméleti modellekkel hasonljtjuk össze, ezekből igyekszünk feltárni a megfigyelt jelenség hátterét, valamint ezen egzotikus objektumokban lejátszódó extrém fizikai folyamatokat.
Kozmológia
A legnagyobb kozmikus struktúrák felderítése utáni vágy egyidős az emberiséggel. Fáradságos munka és a galaxisunk szomszédságának felderítése után ma már tudjuk, hogy mi is a Laniakea szuperhalmaz tagjai vagyunk. Kevesebbet tudunk viszont a tágabb kozmikus környezetünkről, és a helyzetet bonyolítja még olyan ismeretlen anyagfajták egyértelmű jelenléte is, melyek nem világítanak és csupán gravitációsan hatnak kölcsön. Ez a sötét anyag és a még rejtélyesebb sötét energia a tudomány legérdekesebb kérdései közé tartoznak. Az MTA Lendület programjának támogatását élvezve, a kutatásban a Tejútrendszer tágabb kozmikus környezetét tanulmányozzuk milliárd fényéves skálákon galaxisok és kvazárok segítségével. Statisztikai módszerekkel (gépi tanulást is beleértve) hatalmas szuperhalmazokat és alacsony sűrűségű ún. szupervoidokat azonosítunk a kozmikus halóban. Nem csupán megfigyelünk akár több ezer ilyen objektumot, de össze is vetjük pozíciójukat a korai Univerzumból fennmaradt mikrohullámú háttérsugárzás fluktációinak térképeivel, amivel a sötét energiáról szerezhető új típusú információ. Új égboltfelmérési programokkal (Rubin-LSST, Euclid, WEAVE) az északi és déli égbolton is több milliárd fényév távolságig végzünk méréseket, és remélhetőleg megoldást találunk a kozmológia aktuális anomáliáinak kérdésére a tágulás és a struktúrák növekedése kapcsán, melyek a ma látható gazdag kozmikus szerkezetet generálják.
Műszer- és műholdfejlesztés
A Csillagászati Intézet vezetésével, házon belül készült el 2020 második felében a GRBAlpha kisműhold. A magyar-szlovák-japán együttműködés keretében megépített kis szerkezet, a maga 10 x 10 x 11,3 centiméteres méretével a valaha épített és jelenleg is üzemelő legkisebb asztrofizikai űrobszervatóriumnak tekinthető. A kisműhold startja, azaz 2021 márciusa óta immáron a százat megközelítő számban figyelte meg az ismert Világegyetem legenergetikusabb kitöréseit, az úgynevezett gamma-felvillanásokat. A gamma-felvillanások tanulmányozásával a kompakt objektumok, mint fekete lyukak vagy neutroncsillagok összeolvadásával vagy a nagytömegű csillagok életének utolsó mozzanatában bekövetkező robbanásokkal kapcsolatosan juthatunk új ismeretekhez. Noha jó néhány nagy műhold is részben a gamma-felvillanások tanulmányozására épült, a kisműholdak térnyerése ezen a területen kézzelfogható. Az előnyök közül kiemelhetjük a küldetés technológiai demonstráció jellegét – azaz, hogy ilyen kis méretben is megvalósíthatunk versenyképes asztrofizikai méréseket, repülés közben is fejleszthetünk fedélzeti szoftvereket, javíthatunk az adatfeldolgozási lépéseken. Kiemelhetjük azt is, hogy a mi méréseink jól kiegészítik a nagyobb műholdak által kapott adatsorokat, valamint, hogy egy későbbi, több kisműholdból álló flotta indítása esetén már bizonyítottuk a technológiák és azok konkrét gyakorlati megvalósításának működését egy sikeres küldetés formájában. A GRBAlpha-n túl több más űrprojektbe is beszállítunk alrendszereket, pl. a BME által fejlesztett MRC-100 műholdba, vagy a cseh vezetésű VZLUSAT-2 műholdba. Ezen rendszerek tartalmaznak helyzetmeghatározó elektronikát, a GRBAlpha-ban található gamma-detektorokat, valamint különféle fedélzeti szoftveres funkcionalitásokat is. 2024 júliusában alacsony Föld körüli pályára állt és működik a GRBAlpha nagyobb testvére, a két egységes GRBBeta műhold is.
Laboratóriumi asztrofizika
A CSFK három kutatóintézetének erőforrásait a csillagászat és a földtudomány határterületére eső interdiszciplináris kutatási témakörökben is kihasználjuk. Így földtudományi és laboratóriumi kutatómódszereket alkalmazunk Földön kívüli objektumokra és jelenségekre, ezáltal lehetőség nyílik a megfigyelések értelmezésére, a távcsöves és űrszondás mérések laboratóriumi vizsgálatokkal történő alátámasztására. A fő kutatási projektjek e területen az elmúlt öt évben a Mars felszíni viszonyainak, a Hold fiatal krátereinek, a kisbolygók felszíni jellemzőinek, a meteoritok anyagának és az ősi Naprendszer fejlődéstörténetének megértésére irányultak; emellett asztrobiológia kutatási projektekben, ún. földi planetáris analóg terepi helyszínek elemzésében, és űrszondás programok tervezésében, műszereik laboratóriumi tesztelésében működtünk közre. Társkutatóként működünk közre a Franklin Rosalind (ExoMars) rover HABIT műszerében, a Comet Interceptor űrszonda kamerájában (Comet Camera, CoCa) mind tudományos, mind mérnöki szinten. A Hera kisbolygó küldetés számára laboratóriumi infravörös referenciaméréseket készítünk, továbbá az ESA-NASA kollaborációban induló CP-22 űrszonda leszállóhelyének kiválasztásában működünk közre, és a Hold déli sarkvidéki célterületén előforduló jeget, valamint egyéb, a landolás és a fúrásos mintavétel számára fontos jellemzőit elemezzük. Egy olasz vezetésű EU projektben egy drón fedélzetén üzemelő, Marsra tervezett felszín alá behatoló radar (GPR) rendszer földi fejlesztésében és tesztelésében dolgozunk. A hazai NKFIH pályázati támogatással pedig meteoritok kozmikus mállását szimuláljuk a debreceni ATOMKI intézettel közösen, ami segít a meteoritokat az őket egykor tartalmazó “szülő kisbolygókhoz” kapcsolni.
Nukleáris asztrofizika
Az elemek eredete a csillagokban egy másik kutatási téma, amelyet intézetünkben – a nukleáris asztrofizika módszereivel – végzünk közel egy évtizede. Az európai nukleáris asztrofizikai hálózatba az EU által finanszírozott H2020 ChETEC-Infra projekt (és korábban az európai ChETEC COST pályázat), a nemzetközi közösségbe pedig az NSF által támogatott IReNA hálózaton keresztül kapcsolódunk be. Olyan számítógépes modellekkel dolgozunk, amelyek lehetővé teszik a csillagok összetételét befolyásoló termonukleáris folyamatok reprodukálását, valamint annak vizsgálatát, hogy ezek a folyamatok hogyan változtatják meg a galaxisok összetételét. Csillagmodelljeink megjósolják a kémiai elemek izotópjainak gyakoriságát a csillagok felszínén és a csillagokból kidobó anyagban, például a vörös óriások csillagszelében és a szupernóva-robbanások kilövelléseiben. A csillagok belsejében több millió és milliárd fok közötti hőmérsékleten lejátszódó nukleáris reakcióráták meghatározásához atomfizikai elméletekből és kísérletekből származó adatokat is felhasználunk, ezért szorosan együttműködünk az atomfizikusokkal. Részt veszünk például a LUNA együttműködésben, és együttműködünk a JUNA kollaborációval. Előbbi az olaszországi Gran Sasso hegy alatt található földalatti laboratóriumban, utóbbi pedig a kínai Csinping földalatti laboratóriumban méri a nukleáris reakciók sebességét. Szintén kapcsolódunk a CERN n_TOF kísérletéhez is, amely a neutron-befogási reakciók sebességét méri. Csillagfejlődési modelljeink előrejelzéseit közvetlenül összehasonlíthatjuk a különböző megfigyelési adatokkal: a csillagok spektroszkópiai megfigyeléseitől kezdve például az ESO Chilében található távcsöveivel végzett spektroszkópiai megfigyeléseken át a meteoritok nagy pontosságú laboratóriumi elemzéséig. Különösen sokat foglalkozunk a meteoritokban található egzotikus porszemcsék (csillagpor) egyes típusainak összetételének értelmezésével, amelyek közvetlenül a vörös óriások csillagszelében és a szupernóvákból kidobódott anyagban kondenzálódtak. Az adatok és modellek összehasonlítása lehetővé teszi, hogy teszteljük a modelljeink és az atomfizikai ismereteink érvényességét, és egyedülálló információkat szerezzünk Naprendszerünk kialakulásáról. Numerikusan modellezzük az anyag körforgását a galaxisokban, ahol a csillagszél és a szupernóva-robbanások nehéz elemekkel dúsítják a galaktikus csillagközi anyagot, amelyből új csillagok születnek. Ezáltal nyomon követhetjük, hogyan változik a csillagok és a bolygók kémiai összetétele a Tejútrendszer fejlődése során.
Az Élet eredete
Hogyan és mikor alakult ki a Föld és a többi bolygó? Az Élet a Föld történetének túlnyomó részében jelen volt bolygónkon. Mikor alakultak ki a Földön (és esetleg máshol is) az élet kialakulásához alkalmas körülmények? Hogyan kapcsolódik a geoszféra fejlődése a bioszféra fejlődéséhez? Ezekre a kérdésekre keressük a választ három fő témakörben: exobolygók, késői akkréció és korai Föld. Az átfogó cél az, hogy megteremtsük a hihetetlenül változatos összetételű kőzetbolygók megértésének kémiai alapjait a bolygómagtól a köpenyen és a kéregen át egészen a légkörig. Ennek érdekében csillagászati és geológiai-geokémiai (laboratóriumi) módszereket is bevetünk. Annak ellenére, hogy már több mint 5700 Naprendszeren kívüli bolygót fedeztünk fel, e világok kémiai és fizikai tulajdonságai alig ismertek. Hogyan függenek a kőzetbolygók tulajdonságai a kortól és az összetételtől? Miért folytonos az átmenet a Föld és a Neptunusz között az exobolygók méretét és sűrűségét tekintve? Miért olyan gyakoriak ezek a szuperföldek/minineptunuszok? Milyen a légkörük kémiai összetétele és, mit tudunk meg ebből a belsejükről és geológiai történetükről? Saját Naprendszerünk vizsgálatára térve: a különböző modellek eltérő eredményeket adnak arra nézve, hogy a Hold kialakulása után a kőzetbolygók hogyan gyűjtötték össze mai tömegüket (késői akkréció). Mi volt a kőzetbolygókba csapódott égitestek összetétele és eredete? Milyen volt a becsapódások időbeli fejlődése az első 2 milliárd évben? Mennyi tömeget halmoztak fel a bolygók ebben a szakaszban? A Földhöz hasonló világok az anyagbefogás, majd később a differenciálódás és belső radioaktív bomlás révén forrón alakulnak ki, hűlésük során pedig magra, köpenyre és kéregre tagolódnak. Milyen volt az a korai földkéreg, amely az élethez vezető prebiotikus reakciókat kiváltotta? Nem tudjuk, hogy a legkorábbi földi környezetek ideálisak voltak-e az Élet kialakulásához, vagy éppen csak megtűrték a kialakuló primitív organizmusokat. Még a legegyszerűbb életforma jelentette komplexitás is arra mutat, hogy az Élet számára a tartós jelentlét és terjedés elérése jelenthette a legnagyobb kihívást. Kutatásainkkal tehát saját kozmikus eredetünk jobb megértéséhez is közelebb juthatunk.