Óriási gravitációs hullámokat észleltek

A világegyetem kezdeteire visszavezethető gravitációs hullámok kórusa rezgeti a téridőt – derült ki a North American Nanohertz Observartory for Gravitational Waves (NANOGrav) június végén kiadott, 15 év kutatómunkáját összegző tanulmányából. A kutatás tudományos újítások segítségével igazi áttörést ért el: rádiótávcsövek segítségével alacsony frekvenciájú, hosszú hullámú gravitációs hullámokat észleltek, amelyek a galaxisok ütközéséből és a galaxisok magját képező, több milliárd naptömegű fekete lyukak összeolvadásából jött létre. A 190 fős nemzetközi csapat által végzett munkában az ELTE kutatói, Bécsy Bence és Timothy Pennucci is részt vettek.

Mint ismert, először 2015 szeptemberében érkezett az első hír arról, hogy ember alkotta eszközzel, lézeres interferométerrel sikerült gravitációs hullámokat kimutatni.

A LIGO (Lézer Interferométeres Gravitációs Hullám Obszervatórium) a korábbi években olyan gravitációs hullámokat detektált, amelyek egymás körül gyorsan keringő, kis tömegű fekete lyukakból vagy neutroncsillagok összeolvadásából származnak. Például olyan egymás körül keringő, naptömegű fekete lyukakat érzékelt, amelyek néhány száz kilométerre keringenek egymástól és körülbelül másodpercenként százszor kerülik meg egymást. Az általuk kibocsátott jel 100 Hz-es, amelynek nagyon rövid, néhány vagy néhány 100 kilométer a hullámhossza. Ezeket a rövid hullámhosszokat földi detektorral érzékelni lehet, így a LIGO 4 km hosszú karjai is »megérezték« ezek rezgését

– olvasható az ELTE közleményében.

A NANOGrav program technikailag teljesen más megközelítést alkalmazott: rádiótávcsövekkel 68 pulzár fényének változását elemezték. A méréseket a nyugat-virginiai Green Bank rádióteleszkóppal, az új-mexikói Very Large Array teleszkóppal, és az időközben megsemmisült Puerto Ricó-i Arecibo Obszervatóriumban végezték.

Kozmikus karok

A pulzárok csillagok megsemmisülése után maradó csillagmagok, amelyek egyrészt elképesztően sűrűek, a Nap tömegének kétszeresét tartalmazzák egy város méretű égitestben. Kis kiterjedésük miatt felgyorsulnak és másodpercenként több száz fordulatot tesznek tengelyük körül. Extrém erejű mágneses mezejük a sarkaiknál fénysebesség közelébe gyorsított részecskéket lő ki. Eredetileg pulzáló csillagoknak tekintették őket, mert határozott időközönként villannak fel. Ez – mint kiderült – azért van, mert meghatározott időközönként fordulnak felénk, emiatt kiválóan alkalmasak időmérésre – ez pedig a jelen kutatás szempontjából kulcsfontosságú volt.

Ahhoz, hogy ezt gravitációs hullámok mérésére használják, csak pulzárok fényének nagyon csekély eltéréseit kellett figyelni hosszú éveken át, így azt a mérést, amihez a LIGO-ban több kilométeres lézernyalábokat használnak, jóval nagyobb léptékben végezhették el.

Akkora detektorra volt szükségünk, mint a galaxis

– magyarázza a kutatás résztvevője, Michael Lam, a SET Intézet munkatársa.

Lényegében a Föld – bár nagyon enyhén – fényév méretű hullámokon ringatózik. Ezt úgy állapítottuk meg, hogy a Tejútban szétszórt 70 milliszekundumos pulzárokat használtunk antennarendszerként

– mutatott rá Scott Ransom csillagász.

A gravitáció hullámainak hatására összenyomódik és kitágul a tér, és a pulzárok fénye is kicsivel később vagy hamarabb érkezik be. Ezzel a módszerrel az adatokból kiszűrhetők a legnagyobb gravitációs hullámok, ami olyan ablakot nyit, amelyen keresztül galaxisok összeolvadására tekinthetünk vissza.

A felfedéséhez a zaj kiszűrésére volt szükség, de mint kiderült, a nagy gravitációs hullámokból álló háttérzaj erősebb, mint amire számítottak. Ez önmagában is kihívás: vagy sokkal többször ütköznek galaxisok, vagy a hullámoknak más forrásai is vannak, és frissítenünk kell a Világegyetem keletkezésével kapcsolatos elméleteinket.

(ELTE TTK, Phys.org, Space.com)