Az Albert Einstein általános relativitáselméletét igazoló, két fekete lyuk összeolvadása okozta gravitációs hullámot elsőként 2015 szeptemberében, majd másodjára 2015 karácsonyának második napján észlelte az amerikai LIGO (lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium) livingstoni és hanfordi detektora. A harmadik észlelés szintén a LIGO érdeme, ám negyedszerre már az európai Virgo detektoráé lett a dicsőség, amely augusztus 14-én detektált szintén fekete lyukak „ölelkezéséből” származó gravitációs hullámokat.

Alig három nappal később, 2017. augusztus 17-én, magyar idő szerint 14:41-kor a LIGO-detektorok ismét gravitációshullám-jelet észleltek, szám szerint immár az ötödiket. A szignál az észlelés dátumáról a GW170817 nevet kapta. Lassan ott tartunk, hogy a téridő fodrozódásaival kapcsolatos bejelentések már heti rutinná válnak, a mostani azonban mégis különlegesnek számít, nem véletlenül.

"A fekete lyukakból érkező szignálokat könnyebb észrevenni, ám kevésbé érdekesek, míg a neutroncsillagok kisebbek, a jelük is gyengébb, így csak később látjuk meg őket. Ha utóbbiak optikai távcsővel is megvizsgálhatóak, az csillagászati szempontból sokkal izgalmasabb felfedezést jelent” – mondta az Origónak nyilatkozva dr. Frei Zsolt, a Magyar Tudományos Akadémia doktora, az ELTE tanszékvezetője, aki a LIGO-berendezés üzemeltetését és adatainak kiértékelését végző LIGO Scientific Collaboration (LSC) tagja.

Frei Zsolt szerint pusztán a gravitációshullám-jel alapján csak nagy hibával lehet lokalizálni a forrást, az égnek tehát egy tekintélyes részét pásztázni kellene, ha meg akarjuk találni az optikailag is megfigyelhető csillagászati esemény kiindulópontját. Éppen ezért az ELTE kutatói egy galaxiskatalógust fejlesztettek ki, ami alaposan lerövidíti a keresési időt. Ezt úgy érik el, hogy a tudósok a katalógusban megnézik, a szignál mely galaxisok irányából érkezik, és csak azokat a csillagvárosokat kémlelik. Így elég az adott égboltrésznek mindössze egy százalékát vizsgálni. A hullámok megjelenése után nem sokkal az optikai távcsövek meglátták a felvillanást is.

Ugyan az észlelés idejében az olaszországi Virgo-detektor is üzemelt, a jelet csak a LIGO-detektorok „látták meg”, pedig a forrás közelsége miatt az európai műszereknek is érzékelniük kellett volna. Ez fontos szerepet játszott a GW170817 lokalizálásában: a forrásnak egy olyan, szűk égterületen belül kellett lennie, ami pont a Virgo-detektor egyik „vakfoltjára” esik. Ebből és a két LIGO-detektor észleléséből azt a következtetést vonták le a kutatók, hogy a GW170817 égi iránya egy körülbelül 34 négyzetfok nagyságú égterületre szűkíthető le (szemléletesebben leírva ez nagyjából háromszor akkora, mint amekkorát a kinyújtott kezünk hüvelykujja kitakar az égből).

Mit lehet tudni a forrásról?

A két összeolvadt objektum tömegét egyenként 1,1 és 1,6 naptömeg közöttinek becsülik. A LIGO-detektorok neutroncsillagok és fekete lyukak összeolvadását képesek észlelni. Mivel az említett tömegértékek egyértelműen neutroncsillagokra jellemzők (5 naptömeg alatt nem várunk fekete lyukat), ezért nem okozott különösebb nehézséget az égitestek típusának meghatározása.

A GW170817 forrásának becsült távolsága 130 millió fényév, így ez az eddigi legközelebbről detektált gravitációshullám-jel (összehasonlításképpen az eddigi észrevett gravitációs hullámok több mint 1 milliárd fényévre voltak Földünktől).

A csillagászati esemény utófényét az NGC 4993 nevű galaxisban azonosították. A szóban forgó csillagváros Magyarországról tavasszal a Hydra csillagképben látható.

Ezzel megszületett a sokcsatornás (vagy többcsatornás) csillagászat, mert nemcsak gravitációs hullámot, hanem felvillanást (azaz optikai jelet) is detektáltak a műszerek.

– magyarázta az Origónak Frei Zsolt. Jelenlegi ismereteink alapján a rövid gammakitörések forrásai az összeolvadó neutroncsillagok. Mindössze 2 másodperccel a GW170817 után a Fermi és az INTEGRAL távcső egy rövid gammakitörést észlelt, amit GRB170817A-ra kereszteltek el. A kutatók több tényező miatt is úgy gondolják, hogy a két jel azonos forrásból érkezett.

A legújabb teóriák szerint a kémiai periódusos rendszer vason túli, legnehezebb elemeinek körülbelül fele a korábban vélttel ellentétben nem szupernóva-robbanásokból, hanem összeütköző neutroncsillagokból származik. Az amerikai Gemini obszervatórium, az európai EVLT-teleszkóp, valamint a Hubble-űrteleszkóp az utófény színképéből ténylegesen ki is tudták mutatni arany és platina jelenlétét az összeolvadásból visszamaradt anyagban, megerősítve az elméleti feltételezéseket.

Magyarok a gravitációs hullámok kutatásában

A LIGO Kollaborációnak az Eötvös Loránd Tudományegyetemen és a Szegedi Tudományegyetemen működik magyar tagcsoportja, az előbbi Frei Zsolt, az utóbbi Gergely Árpád László vezetésével. A Virgo Kollaborációnak a Wigner Fizikai Kutatóközpontban működik egy magyar tagcsoportja, Vasúth Mátyás vezetésével. A több mint ezer főből álló LIGO-Virgo Kollaborációnak összesen kevesebb, mint húsz magyar tagja van, közülük néhányan az USA-ban dolgoznak (Columbia University, University of Florida, Caltech).

(Origo)