Műegyetemi kutatók adhatnak magyarázatot a bizarr formájú aszteroida kialakulására

Meglepő elmélettel rukkoltak elő a Gömböc megalkotói, akiknek korábbi felvetése egy nemrég felfedezett csillagközi kisbolygó vizsgálatánál igazolódott.

„Közleményünk megjelenése óta a mi publikációnk a legolvasottabb szakmai anyag az Amerikai Csillagászati Társaság (AAS, American Astronomical Society) kutatási jelentései között” – tudtuk meg Domokos Gábortól, az Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszékének egyetemi tanárától, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport vezetőjétől. Társaival, Sipos András Árpáddal (BME Építészmérnöki Kar tudományos dékánhelyettes, Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék egyetemi docens, valamint az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport kutatója), Szabó M. Gyulával (ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium igazgató) és Várkonyi Péterrel (BME ÉPK Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék egyetemi docens) közösen jegyeznek egy nyolc évvel ezelőtt a The Astrophysical Journal Letters tudományos folyóiratban megjelent tanulmányt, amelyben vázolt elmélet magyarázatot adhat a közelmúltban felfedezett Oumuamua névre keresztelt (magyar jelentése: „messziről érkező első üzenet”) aszteroida kialakulására, és annak felszínén több százmillió év alatt végbement kopási folyamatokra.

Képünkön balról jobbra: Várkonyi Péter, Domokos Gábor, Sipos András Árpád

A Gömböc (az első ismert olyan homogén, konvex test, amelynek egy stabil és egy instabil, vagyis összesen két egyensúlyi pontja van – szerk.) felfedezőinek új, a csillagközi objektum észrevétele után kiadott közleménye nemrég jelent meg az Amerikai Csillagászati Társaság folyóiratában. A rövid közlemény feleleveníti a nyolc évvel ezelőtti, az aszteroidák alakfejlődésének leírására felállított matematikai modellt. Ennek értelmében a természet műve lehet a furcsa, ék alakú, kezdetben sokak által földönkívüli űrhajónak vélt csillagközi kisbolygó mai formája, amely októberben került először a Mauin lévő Pan-STARRS távcső látóterébe. „Az űrbéli objektum látványos illusztrációja az egyenletünk által megjósolt alakfejlődésnek” – osztotta meg a BME oktató-kutatója. Minderről a nemzetközi sajtó is beszámolt: írt róla az amerikai Newsweek hírmagazin, és a BBC magazin tudományos rovata is.

A csillagközi térből érkezett a Naprendszerünkbe az elnyúlt, szivarra emlékeztető alakú aszteroida, amelyhez hasonló égi objektum vizsgálatára eddig még nem nyílt lehetősége a tudósoknak. A fotometriai mérések alapján bizonyos, hogy nagysága körülbelül 400 méter hosszú, szélessége és magassága nem lehet több 40 méternél. Eredeti formája, pontos története és anyagösszetétele egyelőre még nem ismert, ám alakját az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport és az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium tudósai a Gömböc megalkotásakor is alkalmazott elmélethez visszanyúlva magyarázzák. „Az egyetlen stabil és egyetlen instabil egyensúlyi ponttal rendelkező Gömböc segített megtalálni azokat a matematikai modelleket, amelyek szerint valamennyi test a kopási folyamat során a Gömböc ’felé törekszik’, azaz csökken az egyensúlyi helyzeteinek száma. E fejlődési folyamatban azonban a testek többsége valahol megreked, és ’tökéletlen Gömböcként’ fejezik be létüket. Ezeknek az objektumoknak két típusa létezik: a kettő stabil és kettőnél akár több instabil helyzettel rendelkező ún. stabil tökéletlen Gömböcök, valamint a pontosan kettő instabil és kettőnél akár több stabil helyzettel rendelkező ún. instabil tökéletlen Gömböcök” – magyarázza a bme.hu-nak adott interjúban Domokos Gábor, aki az első típusra a folyóparti kavicsokat hozta fel példaként, majd megjegyezte, hogy az utóbbi típusra viszont kevés minta található a természetben.

A kutató szerint a csillaközi térben formálódó objektumok alakját – a földi légkörtől eltérően – az apró meteoritok és az azokkal történő ütközések határozzák meg. „Ilyen körülmények között olyan szokatlan formák is kialakulhatnak, mint amilyen az Oumuamua alakja. A hozzá hasonló hosszúkás testeknek kettő, azaz a Gömböcnél eggyel több instabil egyensúlyi helyzete van, ám akár több stabil állapotuk is lehet.” A műegyetemi oktató és társai szerint az űrbéli objektumok természetes körülmények között és a kezdeti kiinduló formájuktól függetlenül lapos vagy éppen hosszúkás, az Oumuamuához hasonló alakot öltenek, ha kellően hosszú ideig koptatják felszínüket az apró meteoritok. A hawaii felfedezésű aszteroidával szemben a Naprendszerünkön belül keringő testek a ritka közeg ellenére gyakran ütköznek kisebb és nagyobb kődarabokkal, és e közben nagy eséllyel eltörnek vagy megsemmisülnek. Az ősszel észlelt objektum valószínűleg több százmillió évig, viszonylag zavartalanul haladhatott olyan csillagközi térben, ahol a törmelékanyag a Naprendszerben mértnél jelentősen ritkább lehetett.

A Gömböc felfedezése után felállított matematikai modellekkel a kutatók azt is elemezték, hogy más testek esetén hogyan függ össze az objektumok alakja és az egyensúlyi helyzeteinek száma, valamint ezen egyensúlyi állapotok mennyire alkalmasak a formák és az alakváltozások leírására. „A Gömböccel összefüggő elmélet megsejtőjét, Vlagyimir Igorevics Arnold orosz matematikust a 70. születésnapján ajándékoztunk meg egy felvetését igazoló kisméretű Gömböccel, mely a 001-es sorszámot kapta. A professzor ekkor hívta fel a figyelmünket arra, hogy szerinte a Gömböchöz köthető matematikai egyenletekkel további alakfejlődési jelenségek is magyarázhatók. Többek között ez az állítás ösztönzött minket arra, hogy elgondolásunkat továbbvigyük” – emlékezett vissza a későbbi kísérletekre Domokos Gábor.

A Gömböc segítségével már több kozmikus kérdésre is választ kaptak a magyar tudósok: például a Curiosity marsjáró felvételein látható kövekből a NASA-val együttműködve közösen bizonyították be, hogy a vörös bolygót egykor nagyméretű folyók szelték át. A Gömböc ihlette meg az amerikai Pennsylvaniai Egyetemen működő drónfejlesztő központ kutatóit is a piko drónok formatervezésekor. A BME kutatói jelenleg is együtt dolgoznak több külföldi kutatócsoporttal. Ma már több mint 50 különböző országban több ezer különféle Gömböc létezik. Egyedi, sorszámozott darabokat olyan világhírű intézményekben állították ki, mint az Oxfordi és a Princeton Egyetem, vagy a windsori kastély. (Az alábbi linken az egyedi Gömböcökről szóló online kiadvány tekinthető meg – szerk.)

A műegyetemi tudós úgy látja, hogy társaival egy igen érdekes természettudományos kérdéskör feltárására és részleges megválaszolására tesznek kísérletet. A matematikán belül már léteznek ugyan a megfelelő modellek, de ezek megismerése nem könnyű feladat. „Az alakfejlődés vizsgálata a modern matematika egyik legszebb és legnehezebb ága. Időbe telik, amíg otthonosan mozgunk ezen a szakterületen.” Domokos Gábor úgy véli, hogy ez a kutatási terület sok lehetőséggel kecsegtet, és örömét fejezte ki, amiért az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport nyári megalakulásával e terület az Akadémia támogatását is élvezi. Reméli, hogy a BME lehet az országos, és akár a regionális nemzetközi központja is az alakfejlődés elemzésével összefüggő kutatásoknak.

„Hosszú távú feladatok elvégzése mellett köteleztük el magunkat. Mindehhez a műegyetemi karok és a különböző tudományágak képviselői, így matematikusok, fizikusok vagy gyakorló geológusok nyelvén is érteni kell, az ő összehangolt együttműködésükre van szükség” – hangsúlyozta a felfedező, aki szerint e fiatal műegyetemi kutatócsoport híd lehet az elméleti és az alkalmazott tudományok között. „Mindannyian hiszünk abban, hogy a matematika, ezen belül a geometria a természetes alakfejlődési folyamatok nyelve. Bízunk benne, hogy ez a megközelítés segíthet bennünket az élettelen természet formáinak mélyebb megértésében” – fűzte hozzá.

TZS - GI

Fotó forrása: NASA, MTI