Kozmikus összeolvadás

Hétfőn közzétették a fekete lyukak és a neutroncsillagok összeolvadása során keletkező (eddig észlelt) gravitációs hullámok legújabb katalógusát. A lista a 2019 novembere és 2020 márciusa között megfigyelt 35 új észleléssel bővült. Ezzel kilencvenre nőtt a detektált gravitációshullám-jelek száma.

A gravitációs hullámokat először Albert Einstein jósolta meg 1916-ban általános relativitáselméletében. Mivel a Földet elérő gravitációs hullámok nagyon kis hatást keltenek, közel egy évszázadig tartott a kimutatásukra alkalmas műszerek megépítése. Az első, 2015-ös észlelés óta a megfigyelések száma robbanásszerűen nő. Néhány év alatt oda jutottunk, hogy heti rendszerességgel, sőt néha egyazon napon több eseményt is megfigyelnek a szakemberek.

A 2015 szeptemberében észlelt első gravitációs hullámot 2016 februárjában tették közzé. A szenzációs bejelentés bejárta a világsajtót, hiszen a kutatók arról számoltak be, hogy két összeolvadó fekete lyuk által gerjesztett gravitációs hullámot sikerült észlelniük. (A spirálvonalon egymás körül keringő két fekete lyuk egyesül, miközben gravitációs hullámokat bocsátanak ki.) A két objektum tömege a Napunk tömegének 29- és 36-szorosa volt. Az össze­olvadásukkal keletkezett objektumé azonban csak 62 naptömeg, tehát a Nap tömege háromszorosának megfelelő energiát sugárzott ki gravitációs hullámok formájában. A kibocsátott energia 4500-szorosa annak az energiának, amit a Nap a teljes élete során kibocsát.

Az első jelenség észlelése óta folyamatosan keresik a gravitációs hullámokat három detektor segítségével: az Egyesült Államokban (Louisiana és Washington államban) található két Advanced LIGO detektorral, valamint az olaszországi Advanced Virgo detektorral. A most közzétett 35 új jelből 32 nagy valószínűséggel fekete lyukak összeolvadásából származott. Az összeolvadt objektumok változatos méretűek, a legnagyobbak a Napunk tömegének kilencvenszeresének megfelelő tömegűek – olvasható az ELTE TTK három fizikusának, Frei Zsoltnak, Molnár Andrásnak és Raffai Péternek a közleményében. Az összeolvadásokból keletkezett fekete lyukak közül több is meghaladja a Napunk tömegének százszorosát. Két jel valószínűleg egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadásából származik. Ezek igen ritka események. A két esemény közül az egyikben egy hatalmas, 33 naptömegű fekete lyuk egyesült egy nagyon kis, mindössze 1,17 naptömegű neutroncsillaggal. Ez az egyik legkisebb tömegű neutroncsillag, amelyet valaha észleltek gravitációs hullámok vagy elektromágneses hullámok  segítségével.

A gravitációs hullámok egyike két olyan objektum összeolvadásából származott, amelyek közül az egyik szinte biztosan fekete lyuk volt (a tömege 24 naptömeg), a másik viszont vagy extrém könnyű fekete lyuk, vagy nagyon nehéz, 2,8 naptömegű neutroncsillag. 

A kutatók arra következtettek, hogy valószínűleg fekete lyukról van szó, de nem lehetnek teljesen biztosak ebben.

Az ELTE fizikusai szerint a LIGO és a Virgo detektorok érzékenysége folyamatosan javul, ami lehetővé tette több izgalmas gravitációs hullám megfigyelését, köztük az első biztosnak mondható neutroncsillag–fekete lyuk összeolvadást. A fekete lyukak és a neutroncsillagok tömege kulcsfontosságú támpontot ad arra, hogy a nagy tömegű csillagok hogyan fejlődnek és hogyan pusztulnak el szupernóva-robbanásokban. A felfedezésekkel most kezdjük csak látni a fekete lyukak és a neutroncsillagok sokféleségét. A legújabb eredmények azt bizonyítják, hogy ilyen kettősök sokféle méretben és párosításban léteznek.

A LIGO és a Virgo obszervatóriumokat jelenleg felkészítik a közelgő negyedik megfigyelési időszakra, amely várhatóan 2022 második felében kezdődhet el. Ekkor már a japán KAGRA obszervatórium is mér. A mélyen egy hegy alatt található KAGRA 2020-ban sikeresen teljesítette első megfigyelési időszakát, azonban még nem csatlakozott a LIGO és a Virgo közös megfigyeléseihez. Több detektorral az események égi pozíciójának meghatározása is pontosabb lesz. Ahogy a gravitációs hullámok észlelésének száma növekszik, az adatkiértékelő technikákat is fejlesztik, hogy ezzel biztosítsuk az eredmények nagy pontosságát és megbízhatóságát.

Borítókép: Kulcsfontosságú információkat adnak a nagy tömegű csillagok fejlődéséről és pusztulásáról (Fotó: ELTE/TTK)