Öt új gravitációshullám-forrást talált a LIGO és a Virgo

4695

Alig egy hónap telt el az új megfigyelési kör elindítása óta, és a gravitációshullám-obszervatóriumok máris öt új forrást jelentettek be. Az egyikről kiderülhet, hogy egy neutroncsillagot elnyelő fekete lyuk.

Nem volt olyan rég, hogy a kutatók bejelentették az első észlelt gravitációs hullámot. Most, csupán három évvel később az amerikai LIGO-nak (Lézer-Interferometriás Gravitációshullám Obszervatórium) és az olaszországi Virgo obszervatóriumnak hála, lehet, hogy mindennapossá válnak ezek a felfedezések.

A LIGO és a Virgo közös, 2019 áprilisa és 2020 áprilisa között futó harmadik megfigyelési körének első hónapjában máris öt új gravitációshullám-jelet észlelt. (A gravitációs hullámok a téridő hullámai, amelyeket több milliárd fényévnyire történt kataklizmikus események vetnek.) Ezek a források még csak jelöltek, ami azt jelenti, hogy egyelőre nincsenek megerősítve. Az egyikről kiderülhet, hogy téves riasztás, de kettő feketelyuk-összeolvadás lehet, a negyedik pedig két neutroncsillag ütközése. A legizgalmasabb az ötödik forrás, ami talán egy neutroncsillagot elnyelő fekete lyuktól származhat.

Illusztráció egy fekete lyuk és egy neutroncsillag összeolvadásáról. A neutroncsillag anyagának nagy része belezuhan a fekete lyukba, de a többi az eseményhorizontban marad, így nyomon követhetjük. (Forrás: F. Foucart (U. of New Hampshire) / SXS Collaboration / Classical and Quantum Gravity, 34, 4 (2017))
Jelölés Valószínű forrás Vakriasztási gyakoriság*
S190408an Két fekete lyuk 100 évente egy
S190412m Két fekete lyuk 2 x 1019 évente egy
S190421ar Két fekete lyuk 2 évente egy
S190425z Két neutroncsillag 70 ezer évente egy
S190426c Egy fekete lyuk és egy neutroncsillag 19 havonta egy

*A vakriasztási gyakoriság azt mutatja, hogy milyen gyakran várható hasonló jel véletlenszerűen, nem valós esemény miatt.

 

A LIGO–Virgo csapat becslései szerint az S190425z jelzésű forrás, amely valószínűleg két neutroncsillag összeolvadásából származik, az égbolton fehér vonallal határolt területen belül lehet. Mivel a LIGO hanfordi állomásának leállása miatt csak a LIGO livingstoni állomása és a Virgo látta a jelet, a lokalizációja nem volt pontos, és a terület az égbolt 18 százalékát lefedi. (Forrás: LIGO / Virgo / NASA / Leo Singer (Milky Way image: Axel Mellinger))

A korábbi felfedezéseket gondosan ellenőrizték, és csak akkor hozták nyilvánosságra, amikor megerősítették a forrást, most azonban azonnal értesültünk a felfedezésekről. Ennek az az oka, hogy a gravitációshullám-források megértéséhez kulcsfontosságú az elektromágneses sugárzásuk (vagyis a fényük) észlelése. Az azonnali bejelentésnek hála a földi és űrbéli teleszkópok egyszerre állíthatók rá az adott égterület vizsgálatára.

A feketelyuk-pároktól nem várjuk el, hogy fényt bocsássanak ki, de igazán izgalmas lenne, ha mégis megtennék. Ami viszont ennél is fontosabb: a csillagászok arra számítanak, hogy a neutroncsillag-párok fényes villanásokat produkálnak a teljes elektromágneses spektrumon. Ennek a sugárzásnak a megfigyelése segíthet megérteni a robbanásszerű események alapvető fizikáját. A neutroncsillagok ütközése az általános relativitáselmélet teszteléséhez, valamint a világegyetem tágulásának vizsgálatához használható fel.

Sajnos ezidáig még egyik lehetséges gravitációshullám-forrás hagyományos módon észlelhető megfelelőjét sem találták meg. Részben azért, mert amikor a neutroncsillagok ütköztek, az egyik érzékelő, a hanfordi LIGO rövid ideig nem volt elérhető.

„Néha a túlságosan nagy földmozgások miatt, vagy más okból a vezérlőrendszereink nem tudják biztosan tartani az optikát, és emiatt az érzékelő offline állapotba kerül.” – magyarázza Jessica McIver (LIGO). A LIGO 2019. április 25-én, 7:55 UT-kor kapcsolt ki, éppen azelőtt, hogy a neutroncsillagok ütközésének gravitációs hullámai áthaladtak volna az érzékelőn.

Az Európai Űrügynökség éppen azért akarja elindítani a Lézer-interferométeres Űrantenna (LISA) projektet, hogy függetlenítse a műszereket a földmozgás hatásaitól. A technológiai bemutató már sikeresen lezajlott, és felülmúlta a várakozásokat, de ahhoz, hogy a gravitációs hullámokat az űrből észlelhessük, meg kell várnunk a 2030-as évek közepét.

Ha a LIGO és a Virgo obszervatóriumok mindhárom érzékelője egyszerre dolgozik, megtalálhatják a forrásokat párszáz négyzetfokos területen belül. Azzal, hogy a hanfordi állomás rövid időre kiszállt a játékból, 10 ezer négyzetfokra nőtt az átvizsgálandó terület. Bár mindhárom érzékelő működött, amikor a fekete lyuk és a neutroncsillag ütközésének jele áthaladt a Földön, a jel igen gyenge volt. „Mintha suttogást hallgatnánk egy zsúfolt kávézóban” – mondja Patrick Brady (Wisconsini Egyetem). „Nehéz megérteni a suttogást, de még abban sem lehetünk biztosak, hogy valaki egyáltalán suttogott. Időbe telik, hogy biztosat mondjunk.”

A fekete lyuk és neutroncsillag egyesüléséből származó jel (a fenti ábrán jelölt területhez képest) kisebb nyomot hagyott az égen (fehér vonallal jelölve), de a világegyetem igen dinamikus, és a forrás fényét még így is nehéz megtalálni. (Forrás: LIGO / Virgo / NASA / Leo Singer (Milky Way image: Axel Mellinger))

A nehézségek ellenére a játéknak még nincs vége: a csillagászok még mindig keresik a lehetséges források fényét. „Van még egy megdöbbentő jelöltünk, amelyről a zsűri még nem döntött.” – mondja Mansi Kasliwal (Caltech). „Jelenleg még több információt gyűjtünk, remélem, hamarosan többet mondhatok.”

Fontos szem előtt tartani, hogy a LIGO-csapat eddigi bejelentései nincsenek megerősítve. Még sok munka van, el kell távolítani a zajt, és el kell különíteni a jeleket, így néhány következtetés változhat. Ezúttal élőben követhetjük nyomon a tudomány működését. „Az esemény feltételezett tulajdonságai változhatnak, ahogy mélyebben elemezzük az adatokat.” – magyarázza McIver. „Azt is láthatjuk, hogy ezeknek az eseményeknek a statisztikai jelentősége idővel változik.”

Öt jelölt egy hónap alatt még így is jó kezdet. A csapat arra számított, hogy havonta néhány feketelyuk-összeolvadást fognak találni – úgy látszik, a LIGO–Virgo konzorcium számára ez a minimum. 2017-ben csak egy neutroncsillag-ütközést találtak, így erre a megfigyelési körre azt jósolták, hogy akár egy évbe is telhet, mire ilyen eseményt észlelnek. Ez az áprilisi felfedezés máris ígéretes. Ha így mennek tovább a dolgok, még többet is várhatunk.

Művészi illusztráció két neutroncsillag összeolvadásáról. (Forrás: NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet)

Még érdekesebb az a lehetőség, hogy különböző típusú gravitációs hullámokat találjunk. Nem olyan „unalmas” jelenségeket, mint a fénysebesség felével egymás körül keringő fekete lyukak, amelyek lyukat vájnak a téridőben. A LIGO és a Virgo segítségével lehet, hogy képesek leszünk „hallani” a szupernóva-robbanásokat, a forgó neutroncsillagokat, vagy akár valami teljesen új jelenséget is.

A gravitációs hullámok kemény diónak számítanak. Szerencsére nem csak a kutatók segíthetnek megfejteni a titkaikat.

A gravitációs hullámok érzékeléséhez az atommagnál ezerszer kisebb mozgásokat kell észlelniük az érzékelőknek. Ehhez pedig elengedhetetlen, hogy a sokkal nagyobb mozgásokat, így a földrengések, az érzékelők közelében közlekedő teherautók és egyéb tárgyak zaját kivegyük a pakliból. A Gravity Spy elnevezésű projekt önkéntesek munkáját egyesíti a mesterséges intelligenciával.

Az önkéntesek először átnézik az érzékelőzajok mintáit, és osztályozzák a hibatípusokat. Ezután egy számítógépes algoritmus, amit konvolúciós neurális hálózatnak hívnak – ilyen működik az önvezető autókban is – átnézi ezeket a példákat, és megtanulja, hogyan ismerhetőek fel ezek a hibák az adatokban. „Ez a kombináció hihetetlenül hatékony a LIGO és a Virgo érzékelőzajainak jellemzésére.” – mondja McIver.

A saját távcsővel rendelkező amatőrcsillagászok is segíthetnek. A világ különböző pontjain távcsöveikkel megpróbálják észlelni ugyanannak a gravitációshullám-forrásnak a fényét. Aki csatlakozna a projekthez, itt regisztrálhat, hogy megkapja a gravitációshullám-észleléseket. Legnagyobb valószínűséggel a neutroncsillag-ütközések fényét észlelhetjük, így abban az esetben, ha egy újabb neutroncsillag-pár olvad össze, ide kattinthat egy automatikusan generált galaxiskatalógus eléréséhez. További információk a programról itt találhatók.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás