Izgalmas bejelentést tett kedd délután a LIGO-Virgo-KAGRA tudományos kollaboráció: két alkalommal sikerült neutroncsillag fekete lyukkal való összeolvadásából származó gravitációs hullámokat detektálni 2020 januárjában.

Az Astrophysical Journal Letters folyóiratban közzétett felfedezés jelentőségét az adja, hogy most sikerült először biztosan fekete lyukak és neutroncsillagok összeolvadása által létrehozott gravitációs hullámokat észlelni. Az Egyesült Államokban található LIGO és az európai Virgo obszervatóriumok által 10 nap különbséggel megfigyelt események forrásai távoli galaxisok lehetnek, tőlünk több mint 900 millió fényév távolságra.

A gravitációs hullámok a téridő görbületének gyorsuló tömegek által létrehozott zavarai, amelyek forrásukat fénysebességgel terjedő hullámokként hagyják el. Az Einstein általános relativitáselmélete által megjósolt jelenséget először 2015. szeptemberben figyelték meg a LIGO-kollaboráció szenzitív detektorai segítségével. A két fekete lyuk összeolvadásából származó gravitációs hullámok észlelését máig közel 50 további követte, köztük az első neutroncsillagok összeolvadásából származó gravitációs hullámokkal 2017 augusztusában.

Fekete lyuk és neutroncsillag találkozása

Az első, ma közzétett, GW200105 jelű felfedezés egy 9 naptömegű fekete lyuk és egy 1,9 naptömegű neutroncsillag találkozásából származik, amit 2020. január 5-én érzékeltek a LIGO Livingston és Virgo detektorok. Bár a Virgo esetében az észlelés jel-zaj aránya viszonylag alacsony volt, a szakemberek a LIGO Livingston detektor által érzékelt erős jel és az elvégzett ellenőrzések alapján biztosak benne, hogy valós gravitációs hullámról lehet szó, amely 900 millió fényévről érkezett hozzánk.

Ezt követte a tíz nappal később, 2020. január 15-én észlelt GW200115 jelű esemény, ami egy 6 naptömegű fekete lyuk és egy 1,5 naptömegű neutroncsillag összeolvadásának eredménye lehetett. A közel egymilliárd fényévről származó gravitációs hullámokat már mindkét amerikai LIGO-detektor és az olaszországi Virgo-detektor is észlelte. A három detektor segítségével a kutatók meg tudták határozni, hogy hozzávetőleg az égbolt mely régiójából származott a jel, azonban ennek még mindig viszonylag nagy a bizonytalansága: a telihold Földről észlelt méretének háromezerszerese.

Mint a kutatók közleményükben rögzítik, a gravitációs hullámok nem tárják fel az egyesülésben részt vevő kisebb objektum szerkezetét, de maximális tömegükre lehet belőlük következtetni. A megfigyelést az ilyen kettős rendszerekben részt vevő neutroncsillagok várható tömegével összevetve az tűnik számukra legvalószínűbbnek, hogy ebben a két esetben valóban neutroncsillag fekete lyukkal való összeolvadása történhetett, majd a fekete lyukak elnyelték a neutroncsillagokat.

Annak ellenére, hogy az észlelést követően a kutatók riasztották csillagász kollégáikat, nem sikerült megfigyelni az esemény kísérőfényét. Ez a kollaboráció közleménye szerint nem meglepő, tekintve a források hatalmas távolságát a Földtől, ami még a legnagyobb távcsövekkel is problémássá teszi megfigyelésüket.

Mire adhat választ a ritka megfigyelés?

A szakemberek szerint a mostani felfedezések segíthetnek megérteni, miért nem sikerült még fekete lyukak körül keringő pulzárokat, azaz rádióhullámokat kibocsátó neutroncsillagokat találni saját galaxisunkban, a Tejútrendszerben. Emellett arra is fény derülhet, hogy mennyire gyakoriak ezek a neutroncsillagokból és fekete lyukakból álló kettős rendszerek, és milyen rendszerességgel történik ilyen egyesülés.

Az eddigi adatok alapján a kollaboráció tagjai arra jutottak, hogy ezek az egyesülések viszonylag ritkák lehetnek. Konkrétabban: a Földtől számítva egymilliárd fényéven belül (ami szinte elképzelhetetlenül hatalmas régió) havonta átlagosan egy ilyen kozmikus esemény történhet, de ezek közül nem mindegyik észlelhető a jelenlegi detektorokkal. Összehasonlításul a Tejútrendszert is magában foglaló Laniakea szuperklaszter 520 millió fényév kiterjedésű, és több mint százezer galaxist foglal magában.

A kollaboráció, amely magában foglalja az amerikai és európai detektorokon kívül a Japán KAGRA gravitációshullám-obszervatóriumot is, 2022 nyarán tervezi elkezdeni következő megfigyelési időszakát. A szakemberek azt remélik, hogy a detektorok addigra megnövelt érzékenysége lehetővé teszi majd, hogy segítségükkel naponta észleljenek nagyobb kozmikus eseményekből származó gravitációs hullámokat – hozzásegítve ezzel a tudományt a fekete lyukak és neutroncsillagok jobb megértéséhez.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: