Egy sereg új, gravitációs hullámokat sugárzó forrást jelentettek be: immár valódi trendek is kirajzolódnak az extrém égitestek világában

13753

Újabb gravitációshullám-felfedezéseket jelentett be a LIGO-Virgo kollaboráció: a frissen publikált GWTC-2 katalógusban immáron ötven kompakt (fekete lyukakból vagy neutroncsillagokból álló) kettős rendszer szerepel. Erre a mennyiségre pedig már statisztikákat lehet alapozni.

Október 28-ig mindössze tizenöt gravitációs hullám volt ismert a nagyközönség és a szélesebb szakma körében. Ebből tizenegyet még a 2018-ban publikált első katalógusban összegeztek a LIGO-Virgo együttműködés kutatói, további négy különleges felfedezést (köztük az első közepes tömegű fekete lyukkal) pedig az idei év során hoztak nyilvánosságra. Utóbbiak a most először közzétett detektálásokkal egyetemben már a tavaly kezdődött harmadik adatgyűjtési időszak (O3) termékei, amely során ötvenre sikerült emelni a felfedezett gravitációs hullámok számát. Az újonnan megfigyelt jelek forrásai ugyanúgy fekete lyuk – illetve néhány esetben neutroncsillag – párosok összeolvadásai voltak, mint korábban, ám a detektorok időközben jelentős változásokon mentek keresztül.

A gravitációs hullámok detektálására használt interferométer vázlatos elrendezése és ugyanez nagyban: a Virgo detektor 3 km-es karhosszal. (Forrás: ScienceNews & Emelt szintű fizika érettségi 2018 / Virgo Collaboration)

A 2017-ben véget ért második mérési periódust (O2) követő bő másfél évben számos fejlesztést eszközöltek a LIGO-Virgo detektorokon. Többek között új lézereket és tükröket helyeztek üzembe az interferométerekben, amelyek révén kb. 60%-kal sikerült növelni a mérőberendezések érzékenységét. Továbbá sikerült jelentősen csökkenteni a karbantartások miatti leállásokat, így a 2019. április 1-én kezdődött harmadik adatgyűjtési periódus (O3) teljes időtartamának 95%-ban figyelt legalább az egyik berendezés. Ahogy azt a mellékelt ábra is mutatja, a fejlesztések beváltották a hozzájuk fűzött reményeket és sokkal gyorsabb ütemben sikerült gravitációs hullámokat detektálni.

A gravitációshullám-észlelések számának alakulása a működési idő függvényében, két és fél megfigyelési időszakon keresztül. (Forrás: LIGO-Virgo Collaboration & ligo.elte.hu)

Ráadásul az új katalógus még csak az O3 adatgyűjtési időszak első fél évét foglalja magába, 2019. október 1-ig bezárólag. Ezt követően ugyanis egy hónapos szünet, majd további öt hónapnyi mérés következett (volna) – sajnos ezt már felülírta a járványhelyzet, és a tervezettnél egy hónappal korábban, március végén leállt az adatgyűjtés. A hosszú szünetek révén az adatfeldolgozásnak és a tudományos analízisnek is van ideje beérni a méréseket. A detektálások ellenőrzése, feldolgozása, kiértékelése, szakmai publikációvá alakítása, végezetül pedig ez utóbbiak bírálata és elfogadása igencsak időigényes folyamat – így lehetséges, hogy a most publikált gravitációs hullámokról csak 1-1,5 évvel a detektálásuk után számolt be a LIGO-Virgo kollaboráció.

A gravitációshullám-detektorok működési ideje és érzékenysége az eddigi és tervezett megfigyelési időszakok során. A számadatok az effektív távolsághatárokat mutatják, 1 Mpc (megaparszek) kb. 3,26 millió fényévnek felel meg. (Forrás: LIGO Scientific Collaboration)

Az eddigi ötven gravitációs hullám és az azokat eredményező összeolvadások már most is komoly statisztikai mennyiséget jelentenek, például a fekete lyukak tömegeloszlásának vizsgálatában. Nagyobb fekete lyukakból természetesen kevesebb várható, azonban az eredmények alapján számuk nem egyszerűen csak exponenciálisan csökken a tömeggel. Ez erős feltételt jelent a fekete lyukak fejlődésének kutatásában, vagyis, hogy az Univerzum története során miként változott az akkréció (anyagelnyelés) és az összeolvadások jelentősége a fekete lyukak növekedésében. A GWTC-2 kettős rendszereinek fejlődését tekintve is új lehetőségek nyílt azáltal, hogy egy nagyobb számú populáció vizsgálható, egyebek mellett meg lehet becsülni például az összeolvadó komponensek perdületét. Mint kiderült, a fekete lyukak forgása több esetben nem volt merőleges a közös pályájuk síkjára. Ezek a feketelyuk-párosok valószínűsíthetően nem egy kettőscsillag végállapotai, ám eredetük esetleg visszavezethető egy sűrű csillagpopuláció (pl. gömbhalmaz) tagjaira.

A LIGO-Virgo kollaboráció által eddig talált neutroncsillag- és feketelyuk-összeolvadások objektumainak tömege. (Forrás: LIGO-Virgo/Northwestern University/Frank Elavsky, Aaron Gelle & ligo.elte.hu)

Az eredeti tervek alapján a LIGO-Virgo detektorok az újabb fejlesztéseket követően 2021 őszén állnak majd ismételten munkába, ám könnyen lehet, hogy a járványhelyzet miatt ez is késést fog szenvedni. Ami bizonyos, hogy a következő mérési időszak során (O4) már a japán KAGRA interferométer is teljes értékű munkát fog végezni. Utóbbi detektor már az O3 második felében is aktív volt, ám még csak közeli forrásokra “lőtt”, a fejlesztések révén azonban hasonló érzékenységet fog elérni, mint a korábban induló detektorok. A szoros együttműködésben dolgozó interferométerek száma pedig ha csak lassú ütemben is, de tovább fog növekedni, hiszen a több mérőeszköz folytonos megfigyelést, egyértelműbb detektálást és precízebb helymeghatározást eredményez. Elsőként a már épülő LIGO India fog csatlakozni a jelenlegi eszközökhöz, előreláthatólag öt éven belül; majd az egyelőre céldátum nélküli, ám 10 km-es karhosszal bíró Einstein Observatory. A nagyobb detektorok révén új lehetőségek nyílnak majd meg a gravitációs hullámok kutatásában, ahogy egyre gyengébb jeleket és új forrásokat tudnak majd detektálni a szoros kettőscsillagoktól kezdve az aszimmetrikus robbanásokig. Az igazán nagy áttörést a 2034 után debütáló LISA projekt hozhatja majd el – egy űrbe telepített detektor 2,5 millió km-es karhosszakkal!

A LISA detektorrendszer illusztrációja. (Forrás: NASA)

Forrás: LIGO Scientific Collaboration

Hozzászólás

hozzászólás