Lélegzetelállító eredményekhez vezethet a neutroncsillag-összeolvadásból származó gravitációs hullámok észlelése a szakértők szerint. Először sikerült kutatóknak közvetlenül észlelniük neutroncsillag-összeolvadásból származó gravitációs hullámokat az amerikai lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium (LIGO) és olaszországi párja, a VIRGO detektoraival.
Az ütközést kísérő fényjelenséget is meg tudták figyelni mintegy 70 földi és űrtávcsővel.
Az augusztus 17-én magyar idő szerint 14 óra 41 perckor észlelt kozmikus jelenség viszonylag közel, a Földtől nagyjából 130 millió fényévnyire következett be. A két, mintegy 1,1 és 1,6 naptömegű neutroncsillag nagyjából 300 kilométerre megközelítette egymást, majd egyre gyorsulva, spirális pályán összeütközött, miközben mintegy 100 másodpercen keresztül gravitációs hullámjeleket keltettek – olvasható a LIGO honlapján.
A mostani az első alkalom, amikor a tudósok egy kozmikus jelenséget a gravitációs hullámjelek mellett elektromágneses sugárzás formájában is képesek voltak megfigyelni. A gravitációs hullámok után két másodperccel ért el a Földre az ütközés nyomán felszabadult gammasugárzás, amelynek rövid és gyenge jelét a Fermi és az Integral űrtávcsövek észlelték. A gammakitörés jeleinek két másodperces késése Albert Einstein egy újabb jóslatát is igazolja, mivel bizonyítékot jelent arra, hogy a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek.
„Évtizedeken át gyanítottuk, hogy a rövid gammasugár-robbanásokat neutroncsillagok egybeolvadása okozza. Most megkaptuk a választ. A gravitációs hullámok alapján az egybeolvadó objektumok tömege összeegyeztethető a neutroncsillagokkal, a gamma-sugarak felvillanása alapján pedig elmondható, hogy az objektumok nem fekete lyukak, hiszen azok összeütközése nem jár fényjelenséggel” – mondta Julie McEnery, a NASA Goddard Űrközpontjának munkatársa, a Fermi projekt kutatója.
Miközben az egyik rejtély úgy tűnik, megoldódott, újabb jelenségekre kereshetik a magyarázatot a szakértők. A megfigyelt rövid gammasugár-robbanás az egyik legközelebbi volt a Földhöz az eddig tapasztaltak közül, mégis meglepően gyenge volt a távolsághoz képest. A kutatók modelleket dolgoznak ki ennek értelmezésére – mondta McEnergy.
A neutroncsillag-összeolvadást kísérő fényjelenségek részletes vizsgálatához szükség volt a forrásgalaxis pontos meghatározására. A két LIGO detektor adatai alapján a neutroncsillagok helyzetét 190 négyzetfoknyi területre sikerült behatárolni, a Virgo detektor adataival a gravitációs hullám forrásának helyzetét tovább lehetett pontosítani.
„Az eddig észlelt gravitációs hullámok közül ezt az esemény sikerült a legpontosabban lokalizálni. Ez a rekordpontosság lehetővé tette a csillagászok számára, hogy olyan megfigyeléseket végezzenek, amely lélegzetelállító eredmények sokaságához vezetheti őket” – fogalmazott Jo van den Brand, a VIRGÓ-val együttműködő amszterdami Nikhef Intézet munkatársa.
„Ez az eredmény remekül példázza a csapatmunka hatékonyságát, a koordináció fontosságát és a tudományos együttműködés értékét” – emelte ki Federico Ferrini, az európai gravitációs obszervatórium (EGO) igazgatója. Hozzátette: „nagy örömünkre szolgál, hogy fontos részt vállalhattunk ebben a különleges tudományos feladatban. A VIRGO nélkül nagyon bonyolult lett volna meghatározni a gravitációs hullámok forrását”.
„Amikor a LIGÓ-t terveztük az 1980-as évek végén, tudtuk, hogy gravitációshullám-vizsgáló obszervatóriumok nemzetközi hálózatára lesz szükségünk, hogy segítsék a gravitációs hullámok forrásának helymeghatározását, hogy a fényen alapuló teleszkópok figyelemmel követhessék és tanulmányozhassák az olyan események fényét, mint a neutroncsillagok összeolvadása” – mondta Fred Raab, a kaliforniai műszaki egyetem, a Caltech munkatársa, a LIGO társigazgatója. „Ma elmondhatjuk, hogy gravitációshullám-hálózatunk briliánsan működik együtt a fényen alapuló obszervatóriumokkal, megnyitva a csillagászat egy új korszakát” – tette hozzá. Raab kiemelte azt is, további obszervatóriumokat terveznek Japánban és Indiában.
A felfedezés eredményeit a Physical Review Letters című folyóirat legfrissebb száma közölte.
***
Galaxiskatalógussal járultak hozzá magyar tudósok a LIGO legújabb észleléséhez
Mintegy 2,5 millió galaxist tartalmazó katalógussal járult hozzá Frei Zsolt Széchenyi-díjas asztrofizikus és kutatócsoportja az amerikai lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium (LIGO) és olaszországi párja, a VIRGO által észlelt neutroncsillag-összeolvadás helyszínének azonosításához.
Az Eötvös Loránd Tudományegyetemen (ELTE) működő Eötvös Gravity Research Group (EGRG) kutatócsoport által, többek között Raffai Péter adjunktus, és diákjainak alapos munkája nyomán összeállított katalógus a fizikai jellemzőik alapján rangsorolja a galaxisokat. A most észlelt neutroncsillag-összeolvadás esetén, mivel a LIGO nem tudja pontosan meghatározni a gravitációs hullámok forrásának irányát, az ELTE által adott adathalmaz első csoportjában 15 olyan galaxis szerepelt, ahol a tudósok szerint – többek között a magas csillagkeletkezési ráta alapján – a legvalószínűbb a gravitációs hullámok keletkezése. Ezt követte egy 83 galaxist tartalmazó „második legvalószínűbb kör”, amelyben ténylegesen szerepelt az a galaxis is, ahonnan augusztus 17-én neutroncsillag-összeolvadásból származó gravitációs hullámokat észleltek a LIGO detektorai – mondta el az MTI-nek Frei Zsolt.
A négy naptömegnél nagyobb csillagokból életciklusuk végén a szupernóva-robbanást követőn vagy neutroncsillag marad vissza vagy feketelyuk keletkezik. A neutroncsillag leginkább egy atommagra hasonlít, csakis neutronok találhatóak benne nagy sűrűséggel. Átmérője nagyobb, míg a tömege kisebb egy feketelyukhoz képest, így az alacsonyabb gravitációs erő miatt a fotonok meg tudnak szökni belőle. Vagyis a neutroncsillag világít és hagyományos távcsövekkel is megfigyelhető – magyarázta a tudós, aki szerint az eddigi három, feketelyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámjel befogása után most komoly tudományos előrelépést jelent a neutroncsillagpáros összeolvadásának észlelése.
Frei Zsolt szerint mindez a tudomány egy új ágának létrejöttét jelentheti, a sokcsatornás csillagászatét (Multi Messenger Astronomy – MMA), amelynek lényege, hogy a különféle asztrofizikai jelenségeket gravitációs hullámokban, normál optikai és más elektromágneses tartományokban, például gammafelvillanások formájában is képesek megfigyelni. Hozzáfűzte: a legerősebb gravitációs hullámjel a feketelyukak összeolvadásából adódik, a neutroncsillagok összeolvadását kisebb tömegük miatt nehezebb érzékelni az interferométeres lézerdetektorokkal. Ezért korábban azt valószínűsítette, hogy az első ilyen észlelésre még éveket kell várni. Az augusztusi, viszonylag gyenge jel azonban egy közeli, mintegy 150 millió fényévre fekvő galaxisból származik, ezért a LIGO már most képes volt érzékelni.
A neutroncsillag összeolvadást kísérő fényjelenségeket azonban csak akkor lehet megfigyelni, ha sikerül azonosítani a galaxist, ahonnan a gravitációs hullám érkezett. Ebben áll a magyar kutatócsoport galaxiskatalógusának a jelentősége. Ha ugyanis a csillagászok tudják, hogy az égbolt egy adott területén milyen galaxisok találhatóak, hogy melyek azok, ahol valószínűsíthető egy neutroncsillag-összeolvadás, sokkal gyorsabban képesek felkutatni a forrásgalaxist és megfigyelni az esetleges fényjelenséget. Ebben az esetben több távcsővel, köztük a Hubble űrteleszkóppal is azonosították a gravitációs hullámjel optikai megfelelőjét, és ehhez felhasználták a magyar kutatók galaxiskatalógusát is – hangsúlyozta Frei Zsolt.
A LIGO több-milliárd fényév átmérőjű tartományban érzékeny, ami mintegy ötmillió galaxist ölel fel. A magyar katalógus ennek mintegy feléről, 2,5 millió galaxisról szolgál adatokkal, szemben a LIGO régebbi, mindösszesen 50 ezer galaxist tartalmazó térképével, amelyben elsősorban közelebbi galaxisok szerepelnek. A most észlelt jel viszont annyira közelről érkezett, hogy a származási hely még a korábbi galaxiskatalógusban is benne volt, így volt, aki ezt használva azonosította a neutroncsillag-összeolvadást kísérő felvillanást, más kutatócsoportok az újabb magyar galaxistérképet alkalmazták – tette hozzá.
Kitért arra is: érdekesség, hogy LIGO-val együttműködő európai hullámdetektor, a Virgo alig észlelte az augusztus 17-i jelet. Ennek az az oka, hogy a jel abból az egyetlen irányból érkezett, amelyre a Virgo nem érzékeny, a hullámdetektor két karja között félúton, 45 fokos szögből. Ilyenkor a két kar egyformán rövidül vagy hosszabbodik meg a gravitációs hullám hatására, vagyis az interferométerben nem alakul ki jelentős hosszkülönbség, így nem vagy alig észlelhető a jel.
MTI