Sosem látott égitestet mutattak a gravitációs hullámok

Az LVK gravitációs obszervatórium rendszere különösen ritka kozmikus ütközést észlelt tavaly májusban. A találkozás egyik résztvevője egy neutroncsillag volt, a másikról nem tudjuk, mi lehetett. Annyit tudunk, hogy tömege a lehetséges megoldások közé esik.

A gravitációs hullámokat az általános relativitáselmélet jósolta meg, ez a téridő görbületének hullámszerű változását jelenti, amelyet gyorsuló tömegek okoznak. 2015 óta tudjuk megfigyelni őket nagyon érzékeny lézerimpulzusok beérkezési idejének nagyon kicsi eltéréseiből.

A ma ismert gravitációs hullámok nagyon sűrű és kompakt égitestek ütközéséből keletkeznek. Ezeknek két fajtája lehetséges: a neutroncsillag és a fekete lyuk.

Neutroncsillagok akkor keletkeznek, amikor óriási csillagok életük végén összeomlanak. Amikor elfogy a fúziós üzemanyag, elfogy az energia is, és rengeteg anyag zuhan a csillag magjára, ahonnan szupernóva-robbanás kíséretében szerteszáll. A robbanás után egy szupersűrű csillagmag marad, ami legfeljebb a Nap tömegének két és félszerese lehet, de egy 20 kilométer átmérőjű gömbben. Ez tényleg kompakt, 

A fekete lyuk közismerten extrém erős gravitációjú égitest, amelynek a szökési sebessége meghaladja a fénysebességet, vagyis a fény nem lép ki belőle, és egy csomó más furcsaság is történik a térrel, idővel és a fizika törvényeivel. A fekete lyukak különböző méretűek lehetnek, az egytized milliméterestől egészen az ötvenmilliárd kilométer átmérőjű, szupermasszív fekete lyukakig.

A neutroncsillagok tömegének felső határa 2,2-2,5 naptömeg, és a legkisebb ismert fekete lyukak 5 naptömegűek, a kettő között egy szakadék húzódik, ahol kompakt kozmikus objektumot nem ismerünk, vagy csak alig.

A Ligo, Virgo, és Kagra garvitációshullám-obszervatóriumok 2023 májusában rögzített adatainak elemzése során azonosítottak egy eseményt, amely a GW230529 jelet kapta. Az ilyen események szokásos koreográfiája, hogy két kompakt égitest egymás közelébe kerülve, egyre gyorsulva kering egymás körül, míg végül egymásba csapódnak.

A számítások azt mutatták, hogy a tőlünk 650 millió fényévnyire bekövetkezett GW230529 összeolvadás egyik résztvevője egy 1,2 és 2 naptömegű égitest volt, egyértelműen neutroncsillag. A másik résztvevő 2,5 és 4,5 naptömeg közötti volt – furcsa módon pont a lehetséges tömegek közötti szakadékban. 

A csillagászok szerint amit észleltek, az valószínűleg egy nagyon ritka és nagyon kicsi fekete lyuk. A meglepő eredmény oka, hogy gravitációs hullámokat alig egy évtizede tudunk megfigyelni, ezt megelőzően elektromágneses tulajdonságokból következtettünk az ilyen égitestek tulajdonságaira – a tömegek közötti szakadék koncepciója az ezredforduló idejéből származik, de már látható, hogy ez a régió nem olyan üres, mint eddig gondoltuk.

A fekete lyukak a neutroncsillagokhoz hasonlóan csillagrobbanásokból keletkeznek. A csillagok fejlődésének modelljébe azonban nem illik bele a most észlelt szuperkönnyű fekete lyuk. A Ligo munkatársa, Evan Goetz szerint egy lehetséges magyarázat, hogy ez a fekete lyuk 

méghozzá egy nagyobbacska neutroncsillagból.

A hézagba eső tömegű égitestet először 2020-ban észleltek gravitációshullám-detektorral – ennek pontos helyét ekkor még nem sikerült bemérni, mert a detektor rendszerének csak egy tagja működött. A GW230529 esetében már más módszerekkel végzett megfigyelések segíthetik a talány megfejtését.

A Ligo, Virgo és Kagra obszervatóriumok komoly technikai fejlesztésen mentek keresztül az elmúlt években, ami jelentősen növelte detektoraik érzékenységét. Rövidebb karbantartást követően idén áprilisban kezdik újra a tudományos munkát. Ha minden jól megy, a megfigyelt gravitációs hullámok száma jövő februárig elérheti a kétszázat.

(Science, Science Alert, Space.com)