Rejtélyes objektumot találtak a gravitációs hullámok segítségével

A LIGO-Virgo Kollaboráció ma egy új tanulmányt tesz közzé az Astrophysical Journal Letters folyóiratban. A cikkben egy 2,6 naptömegű objektum felfedezését mutatják be, ami egy 23 naptömegű fekete lyukkal olvadt össze. Az ütközésből származó gravitációs hullámokat 2019. augusztus 14-én érzékelték a LIGO és Virgo gravitációshullám-detektorok.

A gravitációs hullámokat kibocsátó esemény a GW190814 jelet kapta, amely végeredményben egy 25 naptömegű fekete lyuk létrehozásához vezetett, a Földtől 800 millió fényév távolságban (összehasonlításul az Androméda-galaxis 2.5 millió fényévre van tőlünk).  A két égitest tömegének közel kilencszeres különbsége szempontjából ez az eddig megfigyelt, egymástól a leginkább eltérő objektumok által kiváltott gravitációs hullám.

Mindez, mint a budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetem, az ELTE LIGO-tagcsoportja által kiadott közleményből kiderül, azért jelentős a csillagászok számára, mert a 2,6 naptömegű objektum érzékelése előtt nem lehetett tudni, hogy létezhetnek-e 2,5-5 naptömeg közti maradványcsillagok, vagy sem.

Forrás: JPL-Caltech/R. Hurt/LIGO-ELTE

„A nagy tömegű csillagok életük végén saját gravitációjuk hatására összeomlanak, és egy kompakt objektumot hagynak maguk után. A kisebbek egy szupernóva-robbanást követően neutroncsillaggá alakulnak, a nagyobbak pedig fekete lyukká. A legnehezebb ismert neutroncsillag tömege 2,5-szerese a Napénak, míg a legkönnyebb fekete lyuk 5 naptömegű. Eddig megoldatlan kérdés volt, hogy lehet-e egy maradványcsillag tömege 2,5 és 5 naptömeg közötti, vagy betöltetlen-e ez a tömegsáv? Több évtizedes kutatás után most választ kaptunk erre."

- írják a kutatók.

A gravitációs hullámok a téridő görbületének olyan zavarai, amelyeket tömegek gyorsulása hoz létre. A gravitációs hullámok forrásukat hullámokra emlékeztető módon, fénysebességgel hagyják el. Ahogy a gravitációs hullámok elhaladnak egy megfigyelő mellett, az a téridő eltorzulásaként fogja azokat érzékelni, melyek a hullám frekvenciájával azonosan megnövelik és lecsökkentik az objektumok távolságát. A legszenzitívebb földi detektorok, mint a LIGO és VIRGO interferométerek, ezeket a távolságváltozásokat regisztrálják rendkívül precíz lézerek segítségével. Mindez lehetővé teszi olyan, elképesztő energiájú, távoli események megfigyelését, mint a fekete lyukak és a neutroncsillagok ütközése. A gravitációs hullámok létezését először Henri Poincaré feltételezte 1905-ben, majd Albert Einstein általános relativitáselmélete jelezte őket előre.

A gravitációs hullámok első megerősített megfigyelése 2015. szeptember 14-én történt, amikor az Egyesült Államokban található LIGO detektorok két fekete lyuk ütközéséből származó gravitációs hullámokra bukkantak. A 2016 februárjában bejelentett felfedezést több hasonló követte, majd 2017-ben a szakemberek szenzációs eredményt értek el: először sikerült két neutroncsillag ütközését érzékelni az esemény által kiváltott gravitációs hullámok LIGO-detektorok és gamma-kitörés űrtávcsövek általi megfigyelésével, valamint az ütközés utófényét rögzíteni majdnem a teljes elektromágneses spektrumon. Mindez bizonyította, hogy a gravitációs hullámok detekciója fontos új ablakot nyit az univerzumra, elindítva a több csatornás csillagászat korszakát.

Egyelőre nem világos, hogy a most felfedezett maradványcsillag valójában az eddig ismert legnehezebb neutroncsillag vagy a legkönnyebb fekete lyuk - ezt csak további, hasonló megfigyelések dönthetik majd el. A gravitációs hullámok forrásának utófényét sajnos a 2017-es, GW170817 eseménnyel ellentétben nem sikerült elektromágneses tartományban megfigyelni földi és űrteleszkópok segítségével.

A LIGO-kollaboráció szerint ennek több lehetséges oka is lehet:

„A legvalószínűbb, hogy mivel ez az esemény hatszor olyan messze volt, mint a 2017-es, sokkal nehezebb észlelni az esetlegesen kibocsátott fényt. De az is elképzelhető, hogy kisebbik objektum is fekete lyuk volt, ezért nem is volt mit detektálni a gravitációs hullámokon kívül. Továbbá az is lehetséges, hogy bár neutroncsillag volt, de a sokkal nagyobb tömegű fekete lyuk az egészet magába olvasztotta, így nem is tudott fényt kibocsátani."

A szakemberek szerint nem valószínű, hogy kiderül, hogy neutroncsillag vagy fekete lyuk volt-e a 2,6 naptömegű objektum, de további ilyen észlelések sokat elárulhatnak az ehhez hasonló égitestek természetéről. Mindez a kutatók szerint kulcsfontosságú a csillagok fejlődésének megértéséhez, valamint az extrém sűrű anyagok viselkedésének jobb megismeréséhez is.

A LIGO tudományos kollaboráció tagja az ELTE LIGO-tagcsoportja, a Virgo kollaborációban pedig az MTA Wigner KKP kutatói vesznek részt. Összesen több mint kétezer kutató dolgozik gravitációs hullámok észlelésén.

A hírekről sok helyen tájékozódhatsz. A Qubit krízisben és békeidőben is arra törekszik, hogy az események mögött álló mélyebb összefüggéseket is megértsük – szigorúan a modern tudomány szemszögéből, több mint 100 tudós-szerzőnk és szakértő újságíróink révén. Ez nekünk sokba kerül, de reméljük, nektek is sokat ér.
Támogasd a Qubit fennmaradását!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: