Koronavírus adatok

2022. jan. 14.
Oltottak Kórházban Elhunytak Fertőzöttek
Antal, Antónia
-1 °C
6 °C

Újabb fekete lyukak összeolvadását érzékelte a magyar részvétellel folyó kutatás

2021.11.08. 06:16
35 gravitációs eseménnyel bővült a LIGO–Virgo új katalógusa.

35 új gravitációs hullámot észlelt 2020 októbere óta a LIGO–Virgo detektorhálózat, derül ki a kutatásban részt vevő ELTE lapunknak eljuttatott közleményéből. A LIGO–Virgo–KAGRA Kollaboráció fekete lyukak és neutroncsillagok összeolvadásainak katalógusa így már 90 gravitációshullám-jelet tartalmaz.

A gravitációs hullámokat először Albert Einstein jósolta meg 1916-ban, az általános relativitáselmélet alapján. Mivel a Földet elérő gravitációs hullámok nagyon kis hatást keltenek, sok évtizedes munkára volt szükség ahhoz, hogy a kimutatásukhoz elég pontos műszerek épülhessenek.

Nem ritkák a köztes tömegű fekete lyukak

Az észleléseket három detektor segítségével sikerült elérni: az Egyesült Államokban (Louisiana és Washington államban) található két Advanced LIGO detektorral, valamint az olaszországi Advanced Virgo detektorral. E három detektor adatait a nemzetközi LIGO Scientific Collaboration, a Virgo Collaboration és a KAGRA Collaboration kutatói elemezték ki.

A 35 észlelt jelből 32 nagy valószínűséggel fekete lyukak összeolvadásából származott. Ennek során két fekete lyuk spirálvonalon kering egymás körül, amelynek a végén egyesülnek, miközben gravitációs hullámokat bocsátanak ki.

Az összeolvadt fekete lyukak változatos méretűek, a legnagyobbak a Napunk tömegének 90-szeresének megfelelő tömeggel bírnak. Az összeolvadásokból keletkezett fekete lyukak közül több is meghaladja a Napunk tömegének százszorosát, így az ún. köztes tömegű fekete lyukak közé sorolhatók. Az asztrofizikusok az elméletek szintjén már régóta foglalkoznak a fekete lyukak ezen típusával, azonban kísérleti bizonyíték csak a gravitációs hullámoknak köszönhetően van a létezésükre. A legújabb LIGO–Virgo–KAGRA-észlelések megerősítik, hogy a fekete lyukak ezen új osztálya sokkal gyakoribb az univerzumban, mint korábban gondoltuk.

Határesetek

A 35 észlelt esemény közül kettő valószínűleg egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadása volt. Ezek igen ritka események, amelyeket csak a LIGO és a Virgo legutóbbi adatgyűjtő időszakában sikerült megfigyelni. 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 katalógusban szereplő 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 egy extrém könnyű fekete lyuk, vagy egy nagyon nehéz, 2,8 naptömegű neutroncsillag. 

Hasonló kérdéses eseményt fedezett fel a LIGO és a Virgo 2019 augusztusában is. 

A kisebb objektum tömege mindkét esetben rejtélyes,

mivel a szakemberek szerint a legnagyobb tömeg, amit egy neutroncsillag elérhet még azelőtt, hogy fekete lyukká omlana össze, körülbelül a Napunk tömegének 2,5-szerese. Emellett ugyanakkor elektromágneses megfigyelésekkel eddig még nem fedeztek fel olyan fekete lyukat sem, amelynek tömege 5 naptömegnél kisebb lett volna. Ez korábban olyan elméletek kiindulópontja volt, amelyek szerint a csillagok ebben a tömegtartományban nem omlanak össze fekete lyukakká. Az új gravitációshullám-megfigyelések azt jelzik, hogy ezeket az elméleteket vélhetően felül kell vizsgálni.

Préselt fény

A gravitációshullám-detektorok nagy teljesítményű lézerek segítségével mérik azokat az időket, amelyek alatt a fény két egymásra merőleges kar mentén verődik oda-vissza a tükrök között. A harmadik megfigyelési időszakban a gravitációshullám-detektorok az eddigi legérzékenyebb beállításokkal működtek, a folyamatos fejlesztéseknek köszönhetően.

A préselt fény alkalmazása a fény kvantummechanikai tulajdonságainak kihasználását jelenti, a mérési bizonytalanságok minimalizálása érdekében. A Heisenberg-féle határozatlansági reláció korlátozza, hogy milyen pontosan lehet egyszerre mérni valaminek a helyét és lendületét. A préselt fény a fény egy speciális kvantummechanikai állapota, amely minimalizálja a gravitációs hullámok méréséhez szükséges fizikai mennyiségek bizonytalanságát.

A detektorok így megnövelt érzékenysége lehetővé tette több izgalmas gravitációshullám-esemény megfigyelését, köztük az első biztosnak mondható neutroncsillag-fekete lyuk összeolvadásét.

Értékelés és riadólánc

Ahogy a gravitációs hullámok észlelésének száma növekszik, az adatkiértékelő technikákat is fejlesztik, hogy ezzel biztosítsuk az eredmények nagy pontosságát és megbízhatóságát. A jelek azonosítása a detektor adataiban gondos elemzést igényel, hogy a valódi gravitációs hullámokat meg lehessen különböztetni a háttérzajtól. A megfigyelési időszak során a detektorok nemzetközi hálózatából gyűjtött információk alapján pontosan meg tudjuk határozni, mely jelek származtak valódi gravitációs hullámokból.

A mostani megfigyelési időszak másik jelentős vívmánya, hogy a kutatók már az észleléseket követő percekben nyilvános riasztást küldtek a világ más obszervatóriumai és detektorai számára. Így a neutrínódetektorok és a fényt észlelő távcsövek hálózata arra a területre tudott fókuszálni, ahonnan a gravitációs hullámok érkeztek. A gravitációshullám-jelek elektromágneses és neutrínómegfelelői ritkák, emellett megtalálni is rendkívül nagy kihívás őket. A gyors riasztás ebben a keresésben óriási előnyt jelent. Az újonnan bejelentett gravitációs hullámok egyikéhez sem találtak elektromágneses vagy neutrínómegfelelőt, az egyedüli ilyen forrás továbbra is a 2017-es neutroncsillag-összeolvadás.

A LIGO és a Virgo obszervatóriumok jelenleg fejlesztéseken mennek át a közelgő negyedik megfigyelési időszak előtt, amely várhatóan 2022 második felében kezdődhet el. Ehhez az időszakhoz már a mélyen egy hegy alatt megépített, japán KAGRA obszervatórium is csatlakozni fog. Több detektorral az események égi pozíciójának meghatározása is pontosabb lesz.



  • Vennék
  • Hírek