Első alkalommal figyeltek meg közvetlenül egy fekete lyukból és egy neutroncsillagból alkotott kettős rendszert – közölte a Wigner Fizikai Kutatóközpontban (Wigner FK) a sajtó képviselőivel.
Ezzel újabb hiányzó láncszemmel egészítette ki az extrém kozmikus jelenségekről alkotott ismereteinket a gravitációs hullámok detektálására létrejött LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) partnerség, amely az észlelést csinálta és ahol három magyar kutatócsoport is részt vesz.
A jelenség teljesen új rendszert képvisel, mivel eddig csak kettős feketelyukakból vagy kettős neutroncsillagokból álló rendszerek által sugárzott gravitációs hullámokat észleltek. Ez a felfedezés azokba az összetett mechanizmusokba enged betekintést, amelyek az extrém és ritka asztrofizikai eseményeket előidézhették, és a korábbi Virgo- és LIGO-észlelésekkel egyesült erővel egy még fel nem térképezett kozmikus tájat nyitnak meg előttünk – hangsúlyozták a közleményben.
A Virgo, a LIGO és a KAGRA akadémiai együttműködések bejelentették, hogy sikerült olyan kettős rendszereket megfigyelniük, amelyek egy fekete lyukból és egy neutroncsillagból (NSBH) állnak: 2020 januárjában két olyan rendszer gravitációhullám-jelét észlelték, amelyekben egy fekete lyuk és egy körülötte keringő neutroncsillag olvadt össze egyetlen objektummá.
Ezeknek a vegyes rendszereknek a létezését a csillagászok már több évtizeddel ezelőtt megjósolták, de eddig soha nem figyelték meg kellő bizonyossággal, sem elektromágneses, sem gravitációs jelek révén. A figyelemre méltó friss eredmény a The Astrophysical Journal Letters című folyóiratban jelent meg.
2020. január 5-én az amerikai Louisiana állambeli Livingstonban látható Advanced LIGO detektor és az olaszországi Advanced Virgo detektor egy gravitációs hullámot figyelt meg, amit az NSBH-pár zsugorodó pályáján megtett egy-két utolsó, az összeolvadást megelőző keringés alatt sugárzott ki. Mindössze tíz nappal később egy másik hasonló kettős rendszer keringéséből és összeolvadásából származó második gravitációshullám-jelet is megfigyeltek. Ez a két – észlelésük dátuma alapján – GW200105 és GW200115 jelzésű esemény képviseli a neutroncsillagok és fekete lyukak kevert rendszere által sugárzott gravitációs hullámok első megfigyelését.
Az előző évben januárban észlelt gravitációshullám-jelek értékes információkat hordoznak a rendszerek fizikai jellemzőiről, példaként a két NSBH-pár tömegéről és távolságáról, mindemellett azokról a mechanizmusokról, amelyek a kettőst megvalósították és a komponensek összeolvadásához vezettek.
A jel elemzése megmutatta, hogy a GW200105-eseményt megvalósító fekete lyuk és neutroncsillag tömege durván számítva 8,9-szerese, ugyanakkor 1,9-szerese Napunk tömegének. Egyesülésük 900 millió évvel ezelőtt történt, több száz millió évvel azelőtt, hogy az első dinoszauruszok megjelentek a Földön. A Virgo és a LIGO tudósai úgy becsülik, hogy a GW200115-eseményt megvalósító fekete lyuk nagyjából 5,7 naptömegű, a neutroncsillag 1,5 naptömegű volt, és hogy majdnem egymilliárd évvel ezelőtt egyesültek.
„Bizonyítékokat nyertünk arra, hogy műszereink érzékenysége már meghaladja az ilyen rendszerek felderítéséhez létfontosságú küszöböt. Mindent összevetve azt várjuk, hogy ez a következő megfigyelési időszakokban rutinszerűvé válhat” – hangoztatta Giancarlo Cella, az INFN szakembere és a Virgo adatelemzési koordinátora.
„Az olyan kompakt kettős rendszerek, amelyek legalább egyik komponense neutroncsillag, nemcsak a relativisztikus asztrofizikai objektumokra vonatkozó ismereteinket bővítik, hanem rendkívüli lehetőséget nyújtanak az extrém nagy sűrűségű maganyag és a gravitáció kapcsolatának tanulmányozására is. A kompakt csillagok olyan megfigyelhető makroszkopikus fizikai jellemzőiből, mint a tömegük és sugaruk, következtethetünk a mikrofizikai tulajdonságaikra. A rövid idejű áthaladás alatt, mikor a neutroncsillag megközelíti a fekete lyukat, az árapályerők deformálják a csillagot és úgynevezett r-módusú rezgéseket gerjesztenek. Ezek saját, tipikusan hosszú időtartamú gravitációshullám-jeleket bocsájtanak ki és csatolódnak a kompakt kettős jeléhez. Ezáltal a frekvenciájuk támogatásával jellemzett rezgések a csillagok szerkezetéről is információkat kódolnak a gravitációshullám-jelbe” – kommentálta a bejelentést Barta Dániel, a Wigner Fizikai Kutatóközpont akadémiai munkatársa és a Virgo kooperáció tagja.
A LIGO-Virgo összefogás munkájában három magyar kutatócsoport is részt vesz. A Wigner FK-ban funkcionáló, Vasúth Mátyás vezette Gravitációfizikai Kutatócsoport 2010-től a Virgo partnerség tagja. Az Eötvös Gravity Research Group (EGRG), amely az Eötvös Loránd Tudományegyetemen (ELTE) funkcionál Frei Zsolt vezetésével, 2007 óta a LIGO akadémiai összefogás (LSC) tagja. Ugyancsak a LIGO partnerség tagja a Szegedi Tudományegyetem gravitációs hullámok kutatásával munkálkodó, Gergely Árpád László vezette kutatócsoportja, mely 2009-től az ELTE csoport külső tagjaként, 2014-től mindazonáltal önállóan végzi kutatómunkáját. Az együttműködésnek a három magyarországi kutatócsoporton kívül is vannak magyar résztvevői, Bartos Imre a Floridai Egyetem, Márka Szabolcs és Márka Zsuzsa ugyanakkor a Columbia Egyetem kutatóiként vesznek résznek a kutatásokban.
mti