Újabb korszakalkotó felfedezés a gravitációs hullámok területén

Asztrofizikusok olyan gravitációs hullámokat találtak, amelyek éves-évtizedes időskálán rezegnek – jelent meg a The Astrophysical Journal Letters lapban. Azaz, ezen hullámokra az jellemző, hogy akár egy-két évtized eltelhet, amíg két hullámhegy átvonul egy adott ponton. A másfél évtizedes kutatásban az ELTE munkatársai is részt vettek.

Fotó: Unspecified

A csillagászok korábban felfedeztek egy rejtélyes jelet, amelynek az eredetét nem tudták megállapítani. Másfél évtizedes munka eredményeképpen azt feltételezik, hogy ez a jel a galaxisunkon áthaladó, finoman rezgő gravitációs hullámokból származik. Ez a jel egyébként csak a Földnél sokkal nagyobb detektorral érzékelhető. Ezért a csillagászok galaxisunk egy részét hatalmas gravitációshullám-antennává alakították át, amihez 68 egzotikus csillagról (úgynevezett pulzárról) gyűjtöttek adatokat az elmúlt 15 évben. A galaktikus gravitációshulám-detektor a North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) nevet kapta.

– A NANOGrav csapata lényegében galaxis méretű detektort hozott létre, amely felfedi a világegyetemet átjáró gravitációs hullámokat – nyilatkozta Sethuraman Panchanathan, a programot finanszírozó amerikai Nemzeti Tudományos Alap (NSF) igazgatója.

A pulzárok szupernóva-robbanásban elpusztult hatalmas csillagok magjának ultrasűrű maradványai. Gyorsan forognak, miközben rádióhullám-sugarakkal pásztázzák a világűrt – így a Földről nézve úgy látjuk, mintha pulzálnának. A leggyorsabbak köztük az úgynevezett milliszekundumos pulzárok, ezek másodpercenként több százszor fordulnak körbe tengelyük körül. Mivel impulzusaik rendkívül szabályosak, precíz kozmikus időmérőként használhatók.

Finom rezgések a galaxisunkban. (Forrás: NANOGrav Collaboration/Aurore Simonnet)

Az ELTE részt vett a gravitációs hullámok első, 2015-ös detektálásában, és hozzájárult a mostani NANOGrav eredményekhez is. Az ELTE professzorának, Frei Zsoltnak a vezetésével dolgozó csoport posztdoktori kutatója, Timothy Pennucci rádiótávcsöves megfigyeléseket végzett, elemzéseket készített, valamint időzítési modelleket dolgozott ki a NANOGrav több pulzárjához, és új eszközöket fejlesztett ki a pulzárok időzítésére. – Végtelenül izgalmas olyan munkában részt venni, ami mérföldkőnek számít a csillagászatban. Mindössze néhány alkalommal nyílt ablak a világegyetemre, amióta az ember az űrbe néz – olvasható a kutató gondolata az ELTE honlapján.

Az ELTE-n fizikusként diplomázó Bécsy Bence – jelenleg az Oregon Állami Egyetem posztdoktori kutatója - több évig dolgozott programban. Szintén az ELTE honlapján olvasható, hogy a fiatal fizikusnak hihetetlen élményt jelentett, hogy a pulzárokat nem fizikusok/csillagászok építették, nekik „csak” a rádiótávcsöveket kellett megépíteni a pulzárok megfigyeléséhez. Gyakorlatilag a világegyetem ajándéka, hogy ezek a csillagok rendelkezésre állnak. Arról nem is beszélve, hogy önmagukban is hihetetlen objektumok: tömegük nagyobb, mint a Nap tömege (sűrűségük olyan nagy, hogy egy teáskanálnyi neutroncsillag anyag olyan tömegű lenne, mint 900 gízai piramis!), míg méretük kisebb, mint Budapest. És másodpercenként több százszor fordulnak körbe tengelyük körül.

A NANOGrav-kutatás egyre több bizonyítékkal szolgál az éves-évtizedes időskálán rezgő gravitációs hullámok létezésére. Az adatok azt mutatják, hogy ezen hullámok olyan kettős csillagrendszerekből származhatnak, amelyeknek a tagjai a világegyetem legnagyobb tömegű fekete lyukai, tömegük több milliárdszorosa a Napénak, méretük pedig meghaladja a Nap és a Föld közötti távolságot. További kutatásuk segíthet megérteni a távoli galaxisok közepén összeütköző óriási fekete lyukakat és talán más egzotikus, alacsony frekvenciás gravitációshullám-forrásokat is.

Azaz, újabb adatokat kapunk a világegyetem keletkezéséről, fejlődéséről, hogy mi miért történik a jelenben és mi várható a jövőben.

Borítókép: Rádiótávcsövek kutatják a galaxisok titkait  (Fotó: NRAO/AUI/NSF)