Amióta Einstein általános relativitáselmélete előre jelezte őket, 90 gravitációs hullámot észlelt az emberiség

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

2019 vége és 2020 eleje között 35 gravitációs hullámot észleltek, amelyek fekete lyukak, illetve neutroncsillagok fekete lyukakkal való összeolvadásából származnak, és új információkat hordoznak ezekről a különös égitestekről, valamint a csillagok életciklusáról.

Az eddigi legtöbb eseményt számláló katalógus, amit a LIGO-Virgo-KAGRA tudományos kollaboráció ma hajnalban tette közzé az ArXiv preprint szerveren, 90-re növeli az emberiség által eddig észlelt gravitációs hullámok számát. Az Einstein általános relativitáselmélete által előre jelzett jelenséget először 2015 szeptemberében sikerült megfigyelni a LIGO detektorok segítségével.

Az összeolvadó neutroncsillagok és fekete lyukak által inspirált művészi rajzFotó: OzGrav - Swniburne U./Carl Knox

A két amerikai LIGO és az olaszországi Virgo detektorokból álló hálózatot sok millió évnyi utazás után 2019 novembere és 2020 márciusa közt érték el ezek a kozmikus események, amelyek a téridő görbületének gyorsuló tömegek által létrehozott, fénysebességgel terjedő zavaraiként foghatók fel. A hihetetlen precizitású detektorok lézerekkel határozzák meg azt az időt, amíg a fény egymástól több kilométerre lévő tükrök közt utazik, lehetővé téve a Föld mellett elhaladó, parányi hatást kifejtő gravitációs hullámok észlelését.

A most közzétett 35 jelből 32 egy-egy változatos méretű fekete lyuk összeolvadása révén keletkezhetett. Kiderült, hogy a legnagyobb, egyesülésekben résztvevő fekete lyukak a Nap tömegének 90-szeresét teszik ki, és az összeolvadás végén néha 100 naptömegnél nagyobb fekete lyukakat eredményeznek, amelyeket a csillagászok köztes tömegű fekete lyuknak neveznek.

A LIGO-Virgo-KAGRA által észlelt gravitációs hullámok forrásai az egyes megfigyelési időszakok soránIllusztráció: OzGrav, Swinburne University of Technology/Carl Knox

Ezekről a köztes tömegű fekete lyukakról tavaly szeptemberben már írtunk a LIGO-Virgo kollaboráció által addig észlelt legerősebb gravitációshullám-jellel összefüggésben. Jelentőségüket az adja, hogy tömegüket tekintve a nagyobb csillagok életciklusa végén keletkező fekete lyukak és a galaxisok középpontjában található szupernehéz fekete lyukak között helyezkednek el, és kizárólag a gravitációshullám-csillagászatnak köszönhetően van bizonyíték a létezésükre. A mostani katalógusban ismertetett észlelések a szakemberek szerint igazolják, hogy sokkal több ilyen köztes fekete lyuk létezik, mint korábban gondoltuk.

A közlemény szerint további két gravitációshullám-esemény neutroncsillagok és fekete lyukak összeolvadásához kötődik. Az első, igazoltan ilyen típusú eseményről június végén számoltunk be, a mostani eredmények viszont újabb különlegességgel szolgálnak. A kutatók szerint az egyik jel egy 33 naptömegű fekete lyuk és a valaha észlelt legkisebb, 1,17 naptömegű neutroncsillag összeolvadásának eredménye. A csillagászok szerint a gravitációshullám-észleléseknek köszönhetően meghatározott feketelyuk- és neutroncsillag-tömegek révén ma sokkal jobban értjük ezeknek az objektumoknak a változatosságát, és jobb rálátásunk van a nagyobb csillagok fejlődési folyamatára.

A LIGO Hanford detektor Washington állambanFotó: LIGO

Az utolsó jel egy 24 naptömegű fekete lyuk, valamint egy másik égitest összeolvadásával jött létre: utóbbi vagy egy extrém könnyű fekete lyuk, vagy egy masszív neutroncsillag lehetett, bár a kollaboráció közleménye alapján a szakemberek inkább a fekete lyuk magyarázat felé hajlanak. Ez arra utalhat, hogy életciklusuk végén a 2,5-5 naptömegű csillagok is összeomolhatnak fekete lyukakká.

A fekete lyukak, a neutroncsillagok és a csillagfejlődés jobb megértése mellett a mostani katalógus közelebb visz az univerzum tágulásának ütemét megadó Hubble-állandó értékének, a például Planck űrtávcső által végzett eddigi elektromágneses megfigyelésektől eltérő módon való, precíz meghatározásához. A kutatók reménye az, hogy a jövőben, a mainál lényegesen több gravitációshullám-észleléssel hozzájárulhatnak a bevett megfigyelési módszerekkel mért Hubble-állandók közötti szűnni nem akaró ellentmondás feloldásához.

A kollaboráció közleménye szerint a LIGO és Virgo obszervatóriumok jelenleg fejlesztés alatt állnak, és a következő megfigyelési időszakuk 2022 második felében kezdődik, amikor már a Japán KAGRA detektor is bekapcsolódhat a munkába. Ennek előnye az lesz majd, hogy több műszerrel pontosabban meghatározhatóvá válik egy-egy gravitációshullám-esemény forrása.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: