Merav Opher, az egyetem asztrofizikusa fogja vezetni a NASA új DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) tudományos központját, amelynek célja a helioszféra előrejelző modelljének kidolgozása. Fotó: Cydney Scott

Űrtudományok

Merav Opher, az egyetem asztrofizikusa fogja vezetni a NASA által finanszírozott központot, amelynek célja a helioszféra alakjának és méretének megértése

A helioszféra – egy kozmikus erő, amely az asztrofizikusok szerint megvéd minket az univerzumból érkező erős sugárzástól – megértéséhez képzeljünk el egy hatalmas buborékot a Nap körül. A buborék olyan nagy, hogy jóval túlnyúlik a Naprendszerünkön, és a Nappal együtt száguld az űrben. Senki sem tudja pontosan a helioszféra alakját, vagy éppenséggel a méretét.

Asztrofizikusok azt tudják, hogy a helioszférán belül a Napból kiinduló felhevült és töltött részecskék állandó vihara zajlik. Azt is tudják, hogy a helioszférán kívül a mélyűr halálos kozmikus sugárzással van tele. És úgy vélik, hogy a helioszféra bőre pajzsként működik, amely blokkolja e sugarak nagy részét, és megvéd mindent, ami a buborék belsejében van, legfőképpen a földi életet.

“Mindannyian megpróbáljuk megérteni ezt a buborékot” – mondja Merav Opher asztrofizikus, a Boston University College of Arts & Sciences docense a csillagászatról.

A NASA közelmúltbeli 12 millió dolláros befektetésének köszönhetően, amelyet kilenc új helioszférakutató központba fektetett be az Egyesült Államok egyetemein – ez az űrügynökség egyik legnagyobb, nagy kihívást célzó, központ-alapú kezdeményezése -, az ország asztrofizikusai, köztük Opher, remélik, hogy megmászhatják a nagyon meredeknek tűnő tanulási görbét. A BU-n, az egyetem Űrfizikai Központjában Opher lesz a vezető kutatója és vezetője a NASA új DRIVE (Diversity, Realize, Realize, Integrate, Venture, Educate) tudományos központjának, amely 1,3 millió dollárt kapott. Az Opher által 11 másik egyetemről és kutatóintézetből toborzott szakértőkből álló csapat a helioszféra előrejelző modelljét fogja kidolgozni a SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion exchange and Large scale Dynamics) nevű projekt keretében.

Opher SHIELD csapatának feladata, hogy választ találjon négy nagyon nagy kérdésre: Mi a helioszféra általános szerkezete? Hogyan fejlődnek az ionizált részecskéi és hogyan befolyásolják a helioszférában zajló folyamatokat? Hogyan lép kölcsönhatásba a helioszféra a csillagközi közeggel, a csillagok közötti anyaggal és sugárzással, és hogyan befolyásolja azt? És hogyan szűri meg a kozmikus sugárzást a helioszféra, illetve hogyan jut át rajta?

A BU által vezetett NASA DRIVE Tudományos Központban szereplő második projekt egy ismeretterjesztő programot dolgoz ki – amely a K-12-es diákoktól egészen az oktatókig szól -, azzal a céllal, hogy az űrplazmatudományok terén alulreprezentált populációkat képezzenek, toborozzanak és tartsanak meg.

Az erőfeszítéseket Joyce Wong, a BU College of Engineering biomérnöki professzora és a BU ARROWS (Advance, Recruit, Retain, and Organize Women in STEM) programjának igazgatója irányítja. Wong új módszereket fog feltárni az űrplazma szakterület diverzifikálására és közösségi érzésének erősítésére az alulreprezentált csoportok körében, valamint a mentorálási erőfeszítések kiterjesztésére, amelyek javíthatják a sokszínűséget a kari állásokra pályázók körében.

Opher számára a NASA új DRIVE központjának ez az aspektusa ugyanolyan fontos, mint a helioszféra előrejelző globális modelljének kifejlesztése. Az űrfizika területén dolgozó kevés nő egyikeként és a BU LMBTQIA+ munkacsoportjának tagjaként Opher régóta erőteljesen kiáll a nők és az alulreprezentált csoportok számának növelése mellett a STEM területén.

Az alapvető ismeretlenek feltárása

Opher szerint ma is viták tárgyát képezik olyan alapvető elképzelések, mint a helioszféra alakja. Egyes modellek szerint egy hosszú csóvájú üstököshöz hasonlít. Opher kutatásai ezzel szemben egy olyan helioszféra-modellt tárnak fel, amely inkább egy croissantra hasonlít.

A legtöbb, amit a helioszféráról tudunk – mondja – négy fő NASA-projektből származik: A Voyager 1, a Voyager 2, a New Horizon űrszonda, valamint az Interstellar Boundary Explorer és a Cassini küldetések által készített energetikai semleges atom (ENA) térképekből. Opher rámutat, hogy e források közül kettőt, a Voyager 1 és a Voyager 2 szondákat még 1977-ben indították útnak, fedélzetükön az 1960-as években tervezett technológiával. Egyik űrszondát sem a helioszféra tanulmányozására tervezték.

A Voyager 1 a Szaturnuszt, a Szaturnusz legnagyobb holdját és a Jupitert volt hivatott megnézni, míg a Voyager 2 az Uránuszt és a Neptunuszt vette célba – mindezek a célpontok jóval a helioszféra és a mi Naprendszerünk határain belül voltak. Meglepő módon azonban mindkét szonda továbbhaladt a célpontjain, és ami még fontosabb, a helioszféra burkán túlra, ahonnan továbbra is adatokat küldenek vissza a Földre.

Más űrszondák, nevezetesen az IBEX és a Cassini is szolgáltatnak helioszféra-adatokat, de Opher szerint ezen adatok modelljei eddig nem tudták megjósolni a helioszféra méretét vagy vastagságát. Szerinte a turbulencia, a visszakapcsolódás, a hullám-részecske kölcsönhatások és a vezetés szerepét a Naprendszer külső rétegeiben leíró adatokat még nem sikerült beépíteni a modellekbe. Ez lesz a csoportja munkája, amely reméli, hogy olyan előrejelző modellt készíthet, amely segíthet a kutatóknak megérteni a 2024-ben indítani tervezett IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) megfigyeléseit.

“A mostani modelljeink nem tudják megjósolni a válaszokat” – mondja Opher. “Ezért jobb modelleket fogunk készíteni, és ehhez számos terület szakértőit hívtuk meg.”

Az Opher által összegyűjtött szakértők között van John Richardson, az MIT Kavli Asztrofizikai és Űrkutatási Intézetének vezető kutatója, aki a SHIELD programvezetője lesz. További munkatársak az MIT, a Michigani Egyetem, a Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriuma, a NASA Goddard, a Kaliforniai Technológiai Intézet, a Southwest Research Institute, az Arizonai Egyetem, az Alabama Egyetem Huntsville-ben, a Harvard Egyetem és a Princeton Egyetem munkatársai.

A NASA kezdeményezés első fázisának 1,3 millió dolláros támogatása Opher DRIVE tudományos központjának kétéves kutatását hivatott elősegíteni. A második fázis, ha megkapja a támogatást, további öt évnyi kutatást fog támogatni, évente körülbelül 5 millió dolláros támogatással.

“Az elképzelés szerint a következő fázisban olyan dolgokat fognak vizsgálni, mint például a helioszféra hatása az élet evolúciójára” – mondja Opher. “Tudjuk például, hogy a sugárzás mennyisége befolyásolja a felhőborítást, és a felhőborítás elengedhetetlen az élethez. Ha többet tudnánk a sugárzásról a Marson, meg tudnánk mondani, hogy lehetséges volt-e valaha is az élet .”

Az asztrofizikusok számára ellenállhatatlan szellemi kihívás a helioszféra rejtélyeinek megfejtése, és a helioszféra hatása a földi életre – és esetleg más naprendszerek más bolygóin – a legcsábítóbb fókuszpontja a kutatásuknak.

“A Merav világelső a helioszféra tanulmányozásában” – mondja Avi Loeb asztrofizikus, a Harvard Egyetem csillagászati tanszékvezetője. “Nincs olyan ember a világon, aki nála jobban értené a mögöttes fizikát.”

Opher és Loeb együtt dolgoztak a helioszféránk méretének új tanulmányozásán, és az eredményeket hamarosan a Nature Astronomy című folyóiratban publikálják. Loeb szerint a helioszféra méretének ismerete például lehetővé teszi, hogy megmérjük az azt létrehozó csillagszél erősségét.

“Ha ez a csillagszél nagyon erős, akkor a csillag lakhatósági zónájában fekvő Föld méretű bolygók légkörét lecsupaszítaná” – mondja. “Ez különösen fontos az alacsony tömegű csillagok esetében… mint például a legközelebbi szomszédunk, a Proxima Centauri, amelynek lakhatósági zónájában egy bolygó található. A csillag több százszor halványabb, mint és ez a bolygó 20-szor közelebb van a csillaghoz, mint a Föld távolsága . Ennek következtében erősebb szélnek van kitéve. Ha tudjuk, hogy ez a szél milyen erős, akkor kideríthetjük, hogy a légkörét valószínűleg lecsupaszították-e.”

A NASA meglévő távoli űrszondáiról kapott adatok alátámasztják azt a meggyőződést, hogy a helioszféra bőre megvédi a Földet a mélyűrben zúgó kozmikus sugárzástól. Az, hogy a kozmikus sugárzás mekkora része jut át a pajzson, mint minden a helioszférával kapcsolatban, vita tárgya, de úgy gondolják, hogy körülbelül 25 százalék, ami elég ahhoz, hogy meggyőzzék a tudósokat, hogy a pajzs nélkülözhetetlen a földi és más élethez. Mert a saját Naprendszerünkhöz hasonlóan minden csillagrendszernek megvan a maga védőbuborékja.”

“Minél többet értünk a mi helioszféránkban zajló folyamatokról” – mondja Opher – “annál többet tudunk az összes asztroszférában zajló folyamatokról és a lakható bolygók létrejöttéhez szükséges feltételekről”.”

Kapcsolódó témák:

• Asztronómia
• Adattudományok
• Diverzitás
• Föld & Környezet
• NASA
• Kutatás
• Szisztéma