Egyeztessük óráinkat!
(Rovat: Különös találmányok, Galileo - 2019.01.11 12:15.)

Pulzárok, atomórák és navigáció, avagy a csillagászati megfigyelések egy potenciális gyakorlati alkalmazása.

Az Európai Űrügynökség (ESA) technológiai központjában, a hollandiai Noordwijk melletti ESTEC-ben (European Space Research and Technology Centre) november óta kísérletképpen a leggyorsabban forgó, ún. milliszekundumos pulzárokhoz igazított időmérésbe fogtak.

A pulzárok gyorsan forgó, erős mágneses térrel rendelkező, igen sűrű neutroncsillagok, valamikori szupernóva-robbanások után létrejött csillagmaradványok. Több mint 50 éve fedezte fel első képviselőiket rádiótartományban Jocelyn Bell, akkori doktorandusz hallgató Cambridge-ben. Egy rövid ideig jobb ötlet híján még azt is elképzelhetőnek tartották, hogy az igen szigorú periódussal ismétlődő rádiójelek valamiféle idegen civilizációktól, „kis zöld emberkéktől” származnak. De hamar kiderült, hogy hasonló pulzáló jelek mindenféle irányokból érkeznek. Ma már tudjuk: a jelenség oka, hogy a neutroncsillagok forgástengelye és a mágneses tengelye nem esik pontosan egybe. Ha úgy állnak a térben, a mágneses pólusukból kiinduló, elektromágneses sugárzást kibocsátó keskeny nyalábok „végigsöpörnek” a Föld irányában, periodikusan megfigyelhető felvillanásokat okozva.

Egy pulzár vázlata a mágneses térrel, a rádiósugárzó nyalábokkal és a forgástengellyel. (Kép: ESA / ATG medialab)

A pulzárok óramű pontossággal ismétlik jeleiket, és ez nem csak egy üres szólam. A másodperc törtrészének megfelelő periódusokat produkáló, gyors milliszekundumos pulzárok pontossága vetekszik az atomórákéval! Egy valamiben bizonyosan túl is szárnyalják azokat: élettartamuk sokkal hosszabb, mint akár a legstrapabíróbb atomóráké. Ezért is kezdtek az ESTEC-ben a PulChron nevű kísérletbe.

Az űrkorszakkal egyidős, 76 m átmérőjű Lovell-teleszkóp az angliai Manchester közelébel levő Jodrell Bank obszervatóriumban. (Kép: Mike Peel / Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester)

A pulzárokon alapuló időmérési program az európai Galileo navigációs műholdrendszer idő- és helymeghatározási pontosságát vizsgáló szervezeti egységen (Galileo Timing and Geodetic Validation Facility) belül kapott helyet az ESTEC-ben. Nem véletlenül, hiszen a globális navigációs műholdrendszerekkel végzett mérések pontosságának egyik záloga éppen a precíz időmérés. A PulChron számára öt nagy átmérőjű (60–100 m-es kategóriába tartozó) európai rádiócsillagászati obszervatórium szolgáltatja a mérési adatokat a kiválasztott összesen 18 pulzárról. Ezek az antennák és interferométeres antennahálózatok Németországban (Effelsberg), Hollandiában (Westerbork), Nagy-Britanniában (Jodrell Bank Lovell Telescope), Franciaországban (Nançay) és Olaszországban (Sardinia) találhatók, az európai pulzármegfigyelő hálózat (European Pulsar Timing Array, EPTA) keretében működnek együtt. (Az EPTA elsődleges tudományos célja egyébként az összeolvadó szupernagy tömegű fekete lyukakból származó gravitációs hullámoknak – a téridő apró fodrozódásainak – a kimutatása a pulzárok időjelében megfigyelhető változások detektálásával.)

Atomórák az ESTEC-ben. (Kép: ESA / Anneke Le Floc'h)

A PulChron célja a pulzárokon alapuló pontos időszolgáltatás kipróbálása a gyakorlatban, különös tekintettel a technika Galileo számára történő alkalmazhatóságának tesztelése. A forgó neutroncsillagokból származó természetes időjelek hosszú távú stabilitása mellett az is nagy érték, hogy fizikai alapjait tekintve egy teljesen függetlenül működő időrendszerről van szó. A pulzárméréseket igen pontos hidrogén mézer atomórák jelével vetik össze. A Galileo időrendszerének pontossága el kell érje a másodperc néhány milliárdod részét!