Két neutroncsillag összeolvadt, és megszülte az új csillagászatot

Nemcsak láttuk, éreztük is a robbanást. A magyar kutatók sem maradhattak ki a korszakalkotó felfedezésből.

Hónapok óta beszélik a csillagászok, hogy nagy dolgok vannak születőben a gravitációs hullámokat vizsgáló detektorok háza táján. A gravitációs hullámok olyan apró fodrozódások a téridő szövetén, amelyeket a tömegek mozgása vált ki. Legegyszerűbben a vízen terjedő apró hullámokként vagy egy kifeszített gumilepedő redőzéseiként gondolhatunk rájuk. Persze azoknál jóval kisebbek. Csak több mint száz évvel a feltételezésük után, tavalyelőtt sikerült bebizonyítani a létezésüket. Akkor két óriási fekete lyuk összeolvadása rázta meg annyira a téridőt, hogy érzékelni tudjuk.

A bennfentesek már augusztus vége óta tudják, hogy a kutatók nemrégiben olyan felfedezést tettek, ami megváltoztathatja a kutatásokat. A hivatalos bejelentésre azonban mostanáig kellett várni. A LIGO Tudományos Együttműködés nevű nemzetközi kutatócsoport hozta nyilvánosságra, hogy először sikerült közvetlenül észlelniük neutroncsillag-összeolvadásból származó gravitációs hullámokat az amerikai lézer-interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium (LIGO) és olaszországi párja, a Virgo detektoraival, és az ütközést kísérő fényjelenséget is megtudták figyelni mintegy hetven földi és űrtávcsővel. Az augusztus 17-én magyar idő szerint 14 óra 41 perckor észlelt kozmikus jelenség viszonylag közel, a Földtől nagyjából 130 millió fényévnyire következett be. A két, mintegy 1,1 és 1,6 naptömegű, de alig budapestnyi átmérőjű neutroncsillag körülbelül 300 kilométerre közelítette meg egymást, majd egyre gyorsulva, spirális pályán összeütközött, miközben mintegy 100 másodpercen keresztül gravitációs hullámokat keltett – olvasható a LIGO honlapján.

Az igazsághoz hozzátartozik, hogy a kutatóknak immár ötödik alkalommal sikerült észlelniük a téridő fodrozódásait. Hogy mégis miért különleges ez az ötödik alkalom? Azért, mert a hullámok forrása más volt, mint az első négyé. Először 2015 őszén észleltek olyan hullámokat, melyeket két összeolvadó fekete lyuk bocsátott ki. Majd a rákövetkező három alkalommal is ilyen eseményt sikerült detektálni. Most azonban olyan hullámok érték el az érzékelőket, melyeket két, a napunknál nem sokkal nagyobb tömegű neutroncsillag összeütközése indított útjára egy messzi-messzi galaxisban, 130 millió évvel ezelőtt, akkor, amikor a Kréta földtörténeti kor még éppen csak elkezdődött, és a dinoszauruszok előtt még hosszú és szép jövő állt. Ráadásul ez a jelenség 100 másodpercig tartott a korábban megszokott, a másodperc törtrészéig tartó időtartam helyett.

Azért érdekes, hogy a hullámokat neutroncsillagok összeütközése váltotta ki, mert egy ilyen jelenséget többféleképpen meg lehet figyelni, a fekete lyukak egyesülését viszont nem. A neutroncsillagok hatalmas felvillanás kíséretében olvadnak egybe. A jelenséget kísérő, a gravitációs hullámok után két másodperccel érkező gammakitörést is sikerült észlelniük a csillagászoknak. A gammakitörés jeleinek két másodperces késése a gravitációs hullámokhoz képest Albert Einstein egy jóslatát is igazolja, mivel bizonyítékot jelent arra, hogy a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek.

Ami a felfedezést tényleg korszakalkotó rangra emeli, az a tény, hogy a gravitációs hullámok vizsgálatával a tudósok egy újabb dimenzión keresztül vizsgálhatják a nagy energiájú történéseket. Mindez a tudomány egy új ágának létrejöttét jelentheti, a sokcsatornás csillagászatét, amelynek lényege, hogy a különféle asztrofizikai jelenségeket gravitációs hullámokban, normál optikai és más elektromágneses tartományokban, például gammafelvillanások (hatalmas energiakitörések) formájában is képesek megfigyelni. Megfigyelhetik az ütközés fényét, szerencsés esetben megállapíthatják az anyagösszetételt, a gravitációs hullámokkal pedig képet kaphatnak a téridő változásairól és az esemény távolságáról. A két neutroncsillag összeütközésének színképében egyébként aranyat és platinát is találtak a kutatók. Ez alátámasztja azokat az elképzeléseket, melyek szerint a vasnál nehezebb atomok jelentős része hasonló ütközések során keletkezett.

A felfedezésből egyébként a magyar kutatók is kivették a részüket. A távirati iroda híradása szerint Frei Zsolt Széchenyi-díjas asztrofizikus és kutatócsoportja 2,5 millió galaxist tartalmazó katalógussal járult hozzá neutroncsillag-összeolvadás helyszínének azonosításához.  Az Eötvös Loránd Tudományegyetemen működő Eötvös Gravity Research Group (EGRG) kutatócsoport által, többek között Raffai Péter adjunktus és diákjainak alapos munkája nyomán összeállított katalógus a fizikai jellemzőik alapján rangsorolja a galaxisokat. A most észlelt neutroncsillag-összeolvadás esetében, mivel a LIGO nem tudja pontosan meghatározni a gravitációs hullámok forrásának irányát, az ELTE által adott adathalmaz első csoportjában 15 olyan galaxis szerepelt, ahol a tudósok szerint – egyebek között a magas csillagkeletkezési ráta alapján – a legvalószínűbb a gravitációs hullámok keletkezése. Ezt követte egy 83 galaxist tartalmazó második legvalószínűbb kör, amelyben ténylegesen szerepelt az a galaxis is, ahonnan augusztus 17-én neutroncsillag-összeolvadásból származó gravitációs hullámokat észleltek a LIGO detektorai, mondta el az MTI-nek Frei Zsolt.

A legerősebb gravitációs hullámjel a fekete lyukak összeolvadásából adódik, a neutroncsillagok összeolvadását kisebb tömegük miatt nehezebb érzékelni az interferométeres lézerdetektorokkal. Ezért korábban azt valószínűsítette, hogy az első ilyen észlelésre még éveket kell várni. Az augusztusi, viszonylag gyenge jel azonban egy közeli, mintegy 150 millió fényévre fekvő galaxisból származik, ezért a LIGO már most képes volt érzékelni.

A neutroncsillag-összeolvadást kísérő fényjelenségeket azonban csak akkor lehet megfigyelni, ha sikerül azonosítani a galaxist, ahonnan a gravitációs hullám érkezett. Ebben áll a magyar kutatócsoport galaxiskatalógusának a jelentősége. Ha ugyanis a csillagászok tudják, hogy az égbolt egy adott területén milyen galaxisok találhatók, hogy melyek azok, ahol valószínűsíthető egy neutroncsillag-összeolvadás, sokkal gyorsabban képesek felkutatni a forrásgalaxist és megfigyelni az esetleges fényjelenséget. Ebben az esetben több távcsővel, köztük a Hubble űrteleszkóppal is azonosították a gravitációs hullámjel optikai megfelelőjét, és ehhez felhasználták a magyar kutatók galaxiskatalógusát is – hangsúlyozta Frei Zsolt.