GW200105 és GW200115 gravitációshullám-felfedezések

Sajtóközlemény

2021. június 29.

A LIGO-VIRGO-KAGRA DETEKTORHÁLÓZAT MÁR FEKETE LYUKBÓL ÉS NEUTRONCSILLAGBÓL
ÁLLÓ KETTŐSÖK ÖSSZEOLVADÁSAIT IS ÉSZLELTE


2020 januárjában tíz napon belül a kutatók kétszer is észleltek egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadásából származó gravitációs hullámokat. A hullámok több mint 900 millió fényév távolságból érkeztek. Mindkét neutroncsillagot egészben nyelt el a fekete lyuk párja.

A gravitációs hullámok a téridő szövetének kicsiny hullámzásai, amelyeket gyorsan mozgó, hatalmas tömegek hoznak létre. A gravitációs hullámok első észlelése óta eltelt öt évben a kutatók több mint 50 gravitációshullám-jelet azonosítottak összeolvadó fekete lyukakból és egymással ütköző neutroncsillagokból.

Egy új tanulmányban a LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) együttműködés kutatói bejelentették, hogy két izgalmas esemény gravitációs hullámait észlelték, melyekből mindkettőt egy fekete lyuk és egy neutroncsillag kettőse keltett. A hullámokat a National Science Foundation LIGO gravitációshullám-obszervatóriumai észlelték az Egyesült Államokban és a Virgo detektor Olaszországban. Az első, 2020. január 5-én észlelt jel esetén a fekete lyuk tömege a Napunk tömegének körülbelül 9-szerese, vagyis 9 naptömeg volt, amely egy 1,9 naptömegű neutroncsillagot nyelt el. A második eseményt, amelyben egy 6 naptömegű fekete lyukat és egy 1,5 naptömegű neutroncsillagot észleltek, mindössze 10 nappal később, 2020. január 15-én detektálták. Az eredményeket ma, június 29-én tették közzé a The Astrophysical Journal Letters szaklapban.

Kettős neutroncsillag-rendszereket először 1974-ben figyeltek meg a Tejútrendszerben a rádióhullámokat kibocsátó neutroncsillagok, az úgynevezett pulzárok jeleinek észlelésével. A csillagászok évtizedek óta keresik a fekete lyukak körül keringő pulzárokat, de eddig még a Tejútrendszerben sem sikerült találni. A távoli galaxisokból érkező új felfedezésekkel megérthetjük, hogy hány ilyen rendszer létezik, milyen gyakran egyesülnek, és miért nem láttunk még példát rá a mi galaxisunkban.

A két esemény közül az elsőt, a GW200105-öt a LIGO Livingston és a Virgo detektorok észlelték. A LIGO hanfordi detektora az észlelés idején átmeneti leállás alatt volt. A livingstoni LIGO detektor erős jelet fogott, a Virgonál viszont kicsi volt a jel-zaj arány. A gravitációs hullám tulajdonságai alapján a kutatócsoport arra következtetett, hogy a jelet egy 9 naptömegű fekete lyuk és egy 1,9 naptömegű kompakt csillag összeolvadása bocsátotta ki. Ez az egyesülés tőlünk mintegy 900 millió fényévre történt.

Annak ellenére, hogy a jel csak egy detektornál volt nagyon erős, biztosak lehetünk benne, hogy a jel valós, és nem csupán valamilyen zaj eredménye. Minden szigorú ellenőrzésen átment, és nagyon eltér minden ismert zajtól, amit a harmadik megfigyelési időszak során láthattunk. Mivel csak egy detektor fogott erős jelet, az összeolvadás helye az égen továbbra is bizonytalan, nagyjából a telihold méretének 34.000-szeresének megfelelő területre esik.

Bár a gravitációs hullámok önmagukban nem fedik fel a kisebb komponens szerkezetét, a maximális tömegére lehet következtetni. Ezen információ birtokában és az ilyen kettős rendszerben várható neutroncsillagok tömegének elméleti előrejelzésével arra a következtetésre juthatunk, hogy a neutroncsillag a legvalószínűbb magyarázat.

A második, GW200115 elnevezésű jelet mind a LIGO detektorok, mind a Virgo detektor észlelte. A GW200115 egy 6 naptömegű fekete lyuk és egy 1,5 naptömegű neutroncsillag összeolvadásából származik, amely a Földtől nagyjából 1 milliárd fényévnyire következett be. A három műszer információi alapján az LVK kutatói jobban meg tudták határozni az ég azon részét, ahol ez az esemény történt, azonban ez az égterület még így is közel 3000-szer akkora, mint a telihold.

Az LVK kutatói nem sokkal az észlelést követően riasztották a csillagász partnereiket, akik az események kísérőfényeit próbálták megtalálni. Ez a keresés eredménytelenül zárult, ami nem meglepő, mivel ezeknek az összeolvadásoknak a nagyon nagy távolsága azt jelenti, hogy a belőlük érkező fény nagyon halvány lenne, és még a legnagyobb távcsövekkel is nehéz lenne észlelni. Nagy tüzijátékra egyébként sem lehetett számítani, mivel a fekete lyukak nagy valószínűséggel elég nagyok voltak ahhoz, hogy egészben lenyeljék a neutroncsillagokat.

A két biztos neutroncsillag-feketelyuk gravitációshullám-észlelés alapján a kutatók most úgy becsülik, hogy a Föld egymilliárd fényéves környezetén belül havonta átlagosan egy ilyen összeolvadás történhet. Mindazonáltal nem minden ilyen esemény észlelhető a jelenlegi detektorokkal.

A LIGO, a Virgo és a KAGRA kutatócsoportjai folyamatosan fejlesztik a detektoraikat, hogy felkészüljenek a következő, 2022 nyarán kezdődő megfigyelési időszakra. A jobb érzékenységnek köszönhetően remélhetőleg már naponta egyszer észlelni tudjuk majd a különböző összeolvadásokból származó hullámokat. Ezek segítségével jobban megismerhetjük majd a fekete lyukak és a szupersűrű anyag alkotta neutroncsillagok tulajdonságait.




Webinárium-sorozat:

Azok számára, akik jobban belemerülnének ezen LIGO-Virgo felfedezések eredményeibe, a kollaboráció egy, a tudományos közönségnek szánt webináriumot szervez. Ez már a LIGO-Virgo-KAGRA webinárium-sorozatának 8. része lesz. Az egyórás, angol nyelvű Zoom-meeting magyar idő szerint 2021. július 1-jén 16:00-kor lesz.

Regisztráció ezen az oldalon.

A Zoom-webináriumról készült felvétel megtekinthető ezen a linken.




További információk a gravitációshullám-obszervatóriumokról:

Ez az anyag az NSF LIGO Laboratóriuma által támogatott munkán alapul, amely a National Science Foundation által finanszírozott nagyszabású létesítmény. A LIGO-t a Caltech és az MIT üzemelteti, amelyek egyben a LIGO ötletgazdái és megépítői, továbbá az Advanced LIGO detektor projekt vezetői is. Az Advanced LIGO projekt pénzügyi támogatása elsősorban az NSF-től és Németországtól (Max Planck Társaság), az Egyesült Királyságtól (Tudomány és Technológiai Testület) valamint Ausztráliától (Ausztrál Kutatási Tanács - OzGrav) származott, jelentős kötelezettségvállalásokat és hozzájárulásokat téve a projekthez. A világ minden tájáról körülbelül 1400 tudós vesz részt az adatok elemzésére és a detektortervek kidolgozására irányuló erőfeszítésekben a LIGO Scientific Collaboration (LSC) együttműködésen keresztül, amely a GEO Kollaborációt is magában foglalja. A további partnerek listája itt érhető el.

A Virgo Kollaboráció jelenleg 14 különböző ország 119 intézményének mintegy 650 tagjából áll. A tagországok között van Belgium, Franciaország, Németország, Magyarország, Olaszország, Hollandia, Lengyelország és Spanyolország. Az Olaszországban Pisa mellett működő Virgo detektor anyaintézete a European Gravitational Observatory (EGO), legnagyobb támogatói pedig a francia Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), az olasz Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) és a hollandiai Nikhef. Tagja még többek között a magyar MTA Wigner KKP. Részletes információk a Virgo Kollaborációról itt; valamint a Virgo projektről itt.

A KAGRA egy 3 km hosszú lézer-interferométer Kamiokában (Gifu prefektúra, Japán). Anyaintézete az Institute of Cosmic Ray Researches (ICRR), a Tokiói Egyetem, továbbá társintézetként a National Astronomical Observatori in Japan (NAOJ) és a High Energy Accelerator Research Organization (KEK). A KAGRA 2019-ben fejezte be az építkezést, ezután csatlakozott a LIGO és a Virgo nemzetközi gravitációs hullám hálózatához. A tényleges adatgyűjtés az O3b utolsó szakaszában, 2020 februárjában kezdődött. A KAGRA Scientific Congress 14 ország és régió 115 intézetének több mint 460 tagjából áll. A kutatók listája elérhető itt; további információk a KAGRA honlapján.

[Fordította és szerkesztette: Molnár András, Raffai Péter
A borítókép forrása: OzGrav - Swniburne U./Carl Knox)]




Médiakapcsolat:

Frei Zsolt
csoportvezető, Eötvös Loránd Tudományegyetem, LIGO tagcsoport
+36-1 372-2767
frei@alcyone.elte.hu

Raffai Péter
szenior tag, Eötvös Loránd Tudományegyetem, LIGO tagcsoport
peter.raffai@ttk.elte.hu

Szegedi Tudományegyetem, LIGO tagcsoport
Csoportvezető: Gergely Árpád László
Honlap ITT

Wigner Fizikai Kutatóközpont, Virgo tagcsoport
Csoportvezető: Vasúth Mátyás
Honlap ITT



» Következő:  Információk

Tartalomjegyzék


→ Sajtóközlemény

Információk

Kérdések és válaszok (archív)


Multimédia

Árapály-katasztrófa

Árapály-katasztrófa: a fekete lyuk szétszakítja a neutroncsillagot. (Forrás: Stockholm U. - Potsdam U. - Max Planck Institute for Gravitational Physics / S.V. Chaurasia, T. Dietrich, N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer)


Eddigi összeolvadások

A gravitációs hullámok segítségével megfigyelt neutroncsillagok és fekete lyukak tömegei, kiemelve a most bejelentett két összeolvadást. Nagyításhoz kattints a képre! (Forrás: LIGO-Virgo/Northwestern University/Frank Elavsky, Aaron Geller)




Az esemény animált művészi megjelenítése. (Forrás: OzGrav - Swniburne U./Carl Knox)




Szimuláció a GW200115 esemény lehetséges lefolyásáról. A kék különböző árnyalatai jelentik a gravaitációs hullám erősségét. A neutroncsillag (narancs)sárga színezése a sűrűséget mutatja (minél sötétebb, annál sűrűbb). Alul látható a detektorhoz érkező gravitációshullám-jel alakja is. (Forrás: Stockholm U. - Potsdam U. - Max Planck Institute for Gravitational Physics / S.V. Chaurasia, T. Dietrich, N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer)




Szimuláció egy árapály-katasztrófáról, ahol a fekete lyuk nem nyeli el teljesen a neutroncsillagot. Ebben az esetben kísérőfény is keletkezik. (Forrás: MAYA Collaboration / Deborah Ferguson (UT Austin), Bhavesh Khamesra (Georgia Tech), Karan Jani (Vanderbilt))


Rainbow Swirl

"Örvénylő Szivárvány" - Az összeolvadó neutroncsillagok és fekete lyukak által inspirált művészi rajz. (Forrás: OzGrav - Swniburne U./Carl Knox)


NCs-FLy művészi kép

Fekete lyuk és neutroncsillag összeolvadásának művészi ábrázolása. (Forrás: LIGO-India/Soheb Mandhai)