Olga, Liliána
20 °C
35 °C

Rejtélyes égitestet fedeztek fel a gravitációs hullámok segítségével

2020.06.23. 16:19
A gravitációs hullámok kutatására alakult nemzetközi tudományos szervezet, a LIGO-Virgo Kollaboráció bejelentette, hogy felfedeztek egy kompakt égitestet, amelynek a tömege a Nap tömegének körülbelül 2,6-szorosa, ezzel a valaha látott legnehezebb neutroncsillag és legkönnyebb fekete lyuk között helyezkedik el. Ez az égitest 800 millió évvel ezelőtt összeütközött egy 23 naptömegű fekete lyukkal, aminek következtében erős gravitációs hullámot bocsátott ki. Egyedül a hullámjel alapján, amelyet 2019 augusztusában észleltek a Földön, nem lehet eldönteni, hogy az égitest fekete lyuk vagy neutroncsillag, ezért a pontos jellege rejtély marad – olvasható a kollaborációban részt vevő magyar kutatócsoportok közleményében.

2,5–5 naptömegű égitesteket eddig nem sikerült megfigyelni. Ezt a titokzatos területet tömegrésnek hívják, ahol az égitestek látszólag túl könnyűek ahhoz, hogy fekete lyukak, de túl nehezek ahhoz, hogy neutroncsillag legyenek. Mind a neutroncsillagok, mind a fekete lyukak akkor alakulnak ki, amikor a nagy tömegű csillagok kifogynak nukleáris üzemanyagukból, és szupernóvákként felrobbannak. A keletkező égitest jellegét az határozza meg, hogy a csillag magjának mekkora része marad meg a robbanás után. A könnyebb magokból neutroncsillagok keletkeznek, míg a nehezebbekből fekete lyukak alakulnak ki.

A kutatókat hosszú ideje foglalkoztatja az a kérdés, hogy vajon tényleg létezik-e tömegrés az említett tartományban, és hogy ennek mi az oka.

Több évtizedes kutatás után most választ kaptunk erre.

Segíthet betömni a tömegrést

A gravitációs hullámok kutatása az utóbbi évek egyik legnagyobb figyelmet kapó tudományos projektje, mert a felfedezésükkel teljesen új eszközt nyertek a kutatók az univerzum megismeréséhez. Maguk a gravitációs hullámok a téridő hullámszerű megnyúlásai és összehúzódásai, vagy másképpen fogalmazva fodrozódások a téridő szövetén. Többféleképpen jöhetnek létre, eddig leginkább két fekete lyuk összeolvadásából származóakat sikerült megfigyelni, de észleltek már neutroncsillagok ütközésével keletkezőt is. Az  első hullámot  még 2016-ban fedezték fel, azóta már összesen 11 hullámjelet azonosítottak. A legutóbbi felfedezésekről  ebben a cikkben írtunk , a témáról szóló cikkeinket és a legfontosabb tudnivalókat pedig  ebben az aktában foglaltuk össze.

 

Az Advanced Virgo gravitációshullám-detektort Olaszországban, Pisa közelében üzemeltető Európai Gravitációs Obszervatórium (EGO), és a két Advanced LIGO detektor az Egyesült Államokban bejelentette, hogy egy körülbelül 2,6 naptömegű égitestet fedeztek fel, ami megkérdőjelezi a tömegrés létezését. Maga az égitest jellege továbbra is rejtély, mivel a gravitációs hullám megfigyelése önmagában nem teszi lehetővé annak eldöntését, hogy fekete lyukról vagy neutroncsillagról van szó. Körülbelül 800 millió évvel ezelőtt az égitest összeütközött egy 23 naptömegű fekete lyukkal, és egy 25 naptömegű fekete lyuk alakult ki. Az ütközés erős gravitációs hullámot keltett, amit 2019. augusztus 14-én észlelt a hálózat három detektora, innen a GW190814 elnevezés. A felfedezést nemrég tették közzé az Astrophysical Journal Letters nevű folyóiratban.

A gravitációshullám-megfigyelések ismét újabb ismeretlen területeket fednek fel. A megfigyelt rendszer könnyebb komponensének akkora a tömege, amelyet eddig még nem figyeltek meg. Egy új felfedezés, ami új kérdéseket vet fel. Mik a fő jellemzői? Hogyan alakult ki egy ilyen kettős rendszer? A Virgo, a LIGO és a hamarosan csatlakozó japán Kagra továbbra is keresi a válaszokat, és tovább bővíti ismereteinket a világegyetemről, amiben élünk

– mondta Giovanni Losurdo, az olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intzézet (INFN) kutatója és a Virgo együttműködés szóvivője.

A megfigyelt esemény egy másik érdekessége, hogy az összeütköző égitestek tömegaránya is különleges az eddig megfigyelt kettős rendszerek között. A nagyobb tömegű égitest körülbelül 9-szer nehezebb, mint kisebb társa. „Egy ilyen új eseményosztály felfedezése mind az elméleti modellek, mind az elemző eszközök határait tágítja” – mondta Ed Porter a Virgo együttműködésből, aki a CNRS kutatója és a LIGO-Virgo együttműködés kompakt kettős rendszerek összeütközését elemző csoportjának társelnöke.

A fényét nem sikerült észlelni

A jelet három detektor, a két Advanced LIGO és az Advanced Virgo nagy pontossággal észlelte, a teljes jel-zaj arány 25 volt. A hullámjel három detektorba való beérkezési idejének különbségéből a detektorhálózat képes volt 19 négyzetfok pontossággal meghatározni a forrás égi helyzetét. Amikor a LIGO és a Virgo kutatói észlelték az összeütközést, azonnal riasztást küldtek a csillagászközösségnek. Számos földi és űrtávcső a fényjel és más elektromágneses hullámok keresésébe kezdett, de ezúttal egyikük sem észlelt jeleket, ellentétben asokcsatornás csillagászat megszületését eredményező nagy 2017-es felfedezéssel, amikor két neutroncsillag összeütközését figyelték meg.

A kutatók szerint a 2019. augusztusi eseményt néhány lehetséges ok miatt nem lehetett elektromágneses hullámok segítségével észlelni:

  • Egyrészt ez az esemény hatszor távolabb volt, mint a 2017-es, így nehezebb volt a fényjelek észlelése.
  • Másrészt ha két fekete lyuk ütközött össze, akkor valószínűleg nem bocsátottak ki elektromágneses jeleket.
  • Harmadrészt ha a rendszerben lévő kisebb égitest valójában egy neutroncsillag volt, akkor a kilencszer nehezebb fekete lyuk egészben nyelhette el, márpedi egy neutroncsillag, amit egy fekete lyuk nyel el, nem bocsát kifényt.

"A 2019. augusztus 14-én észlelt égitest jellege továbbra is rejtély marad. "Nehéz megmagyarázni, hogy hogyan alakult ki az észlelt kettős rendszer. Az égitestek tömege és tömegarányuk egyedi kombinációja ellentmond minden jelenlegi asztrofizikai modellnek. Ezen kívül azt feltételezzük, hogy bizonyos asztrofizikai környezetekben, mint például sűrű és fiatal csillaghalmazokban és aktív galaxismagokban, megnőhet az ilyen szélsőséges tömegarányú összeütközések száma. Amit viszont biztosan tudunk, az az, hogy a világegyetem határozottan azt mondja nekünk, hogy a kompakt égitestek kialakulásáról és fejlődéséről szóló tudásunk még hiányos, és valószínűleg felül kell vizsgálnunk a kompakt csillagok kialakulásának jelenlegi elméleteit" – mondta Mario Spera a Virgo együttműködésből, aki a Padova Egyetem és jelenleg a Northwestern Egyetem kutatója.

Azt csak az ebbe a tömegsávba eső újabb objektumok észlelése segíthet majd eldönteni, hogy a most felfedezett, titokzatos objektum egy neutroncsillag vagy egy fekete lyuk volt-e. Az ilyen további hasonló felfedezések fontos lépést jelenthetnek az extrém sűrű anyagok viselkedésének és a csillagok fejlődésének jobb megértéséhez – írják közleményükben a kutatók.

Magyarországról három kutatócsoport is részt vesz a LIGO-Virgo együttműködések munkájában: az Eötvös Gravity Research Group (EGRG) a budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetemen működik, 2007 óta a kollaboráció tagja, a csoport vezetője Frei Zsolt. Szintén a LIGO együttműködés tagja a Szegedi Tudományegyetem gravitációs hullámok kutatásával foglalkozó, Gergely Árpád László vezette kutatócsoportja, a mely 2009-től az ELTE csoport külső tagjaként, 2014-től pedig önállóan vesz részt a kutatásokban. A Virgo együttműködésnek pedig a Vasúth Mátyás vezette, a Wigner Fizikai Kutatóközpontban működő Gravitációfizikai Kutatócsoport a tagja 2010-től.