Minden korábbinál erősebb gravitációs hullámot észleltek, ami új típusú fekete lyukak létezésére utal
Szenzációs bejelentést tett a gravitációs hullámok észlelésével foglalkozó LIGO-Virgo kollaboráció: szerda délutáni közleményük szerint az eddigi legerősebb és egyik legmesszebbről származó gravitációs hullám jelet sikerült érzékelnie három földi detektornak. Ez a jel az eddigi legnehezebbnek észlelt fekete lyukak összeolvadásából származhat, amelyek közül legalább az egyik egy köztes tömegű, eddig sosem észlelt kategóriájú fekete lyuk lehet.
Az új eredményeket a Physical Review Letters és a The Astrophysical Journal folyóiratokban közölték. Legutóbb június végén tett bejelentést a LIGO-Virgo kollaboráció, akkor egy 2,6 naptömegű, rejtélyes objektum felfedezéséről.
A GW190521 gravitációshullám-jelet, amely kivételesen rövid ideig tartott, még 2019. május 21-én észlelték az amerikai LIGO és az olasz Virgo detektorok. Az adatok feldolgozásából kiderült, hogy a jel forrása a Földtől nagyon messze, több milliárd fényév távolságra lehetett, a jel keletkezésekor pedig az univerzum csak feleannyi idős volt, mint ma. Ezzel a most bejelentett felfedezés nem csak az eddig észlelt legerősebb, de egyik legtávolabbról származó gravitációshullám-jelnek számít.
A gravitációshullám-jel, amelyet a téridő szövetének rezdüléseként is felfoghatunk, elárulta a kutatóknak, hogy két, eddig a legnehezebbnek észlelt fekete lyuk összeolvadásából most először egy köztes tömegű, eddig sosem észlelt fekete lyuk (intermediate mass black hole) jött létre, amelynek tömege 100 és 1000 naptömeg közé tehető. Így az eredetileg 85 és 66 naptömegű fekete lyukakból egy 142 naptömegű fekete lyuk keletkezett, a megmaradó 8 naptömeggel egyenlő energia pedig gravitációs hullámok formájában terjedt szét az univerzumban, amit az elképesztő precizitású földi detektorok képesek voltak érzékelni.
A kutatóknak a jel vizsgálatából sikerült azt is megállapítaniuk, hogy mekkora lehetett a fekete lyukak perdülete, amiből kiderült, hogy amint a fekete lyukak egyre közelebb kerültek egymáshoz, saját tengelyük körül is forogtak. Azt is meg tudták állapítani, hogy a forgás síkja nem esett egybe a keringés síkjával, így a fekete lyukak forgástengelyei imbolyogtak, miközben közeledtek egymáshoz.
Váratlan tömegű fekete lyukak
A szakemberek szerint a felfedezés azért meglepő, mert a létrejött fekete lyuk tömegének értéke nem teljesen a várakozások szerint alakult, másrészt ugyanakkor mindez bizonyítja, hogy a detektorok képesek olyan jelenségek észlelésére is, amire a kutatók nem feltétlenül számítanak.
Mint közleményükben kifejtik, a igazi áttörést a mostani eredmény esetében az adja, hogy teljesen új tömegkategóriába tartozó fekete lyukakat sikerült találni. Már az összeolvadó fekete lyukak tömege is különleges mértékű, a létrejött, 142 naptömegű fekete lyuk pedig egyértelműen ebbe a köztes tömegű kategóriába esik. Ennek jelentősége az, hogy a tömegük alapján a fekete lyukak eddig két kategóriába voltak sorolhatók. Az egyikbe, a sztelláris fekete lyukakhoz a nagyjából 10 naptömeg körüli fekete lyukak tartoztak, amelyek nagy tömegű csillagok életciklusának végén keletkeznek. A másik csoport a szupernehéz fekete lyukaké, melyek akár több milliárd naptömegűek is lehetnek, és galaxisok közepén találhatók meg. Ilyen objektum van a Tejútrendszer középpontjában is, és ilyen szupernehéz fekete lyukról sikerült először felvételt készíteni.
A jelenleg érvényes modellek még talán éppen megmagyarázzák, hogyan jöhetett létre az összeolvadásban részt vevő egyik, 66 naptömegű fekete lyuk, az viszont már nem világos, hogyan keletkezhet egy 85 naptömeg körüli objektum egy csillag összeomlása során, mert ez a folyamat nem igazán lépes létrehozni folyamat 65 és 120 naptömeg közötti fekete lyukakat. Egy hipotézis az összeolvadásban részt vevő különleges fekete lyukakra az, hogy az szintén egy korábbi feketelyuk-összeolvadás során keletkezett – derül ki a közleményből. Ennek alapján elképzelhető, hogy a most észlelt esemény összeolvadások sorozatával jött létre. Az ilyen váratlan megfigyelések azonban nem problémát jelentenek a tudományban, hanem az újabb, minden megfigyelést megmagyarázó, a valóságot a korábbi hipotéziseknél jobban leíró elméletekhez vezetnek.
Még egy érdekesség van a GW190521 jel kapcsán, mégpedig az, hogy a vártnál rövidebb volt a jel időtartama. A kutatók szerint nem kizárható, hogy nem is két fekete lyuk összeolvadása váltotta ki a jelet, hanem valami teljesen más. Az egyik lehetséges alternatíva egy jóval közelebbi, összeomló csillag által létrehozott jel, vagy még egzotikusabb jelenségek az univerzum keletkezésének hajnalán. A legvalószínűbb magyarázat azonban az, hogy a jel a részletezett tulajdonságú fekete lyukak összeolvadásából származik.
A LIGO tudományos kollaboráció tagja az ELTE LIGO-tagcsoportja és a Szegedi Tudományegyetem Gravitációs kutatócsoportja, a Virgo kollaborációban pedig az MTA Wigner KKP kutatói vesznek részt.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
