2017.08.26. - Új típusú gravitációs hullámról szólnak a pletykák

Elképzelhető, hogy a múlt héten a LIGO és a Virgo detektorokkal két neutroncsillag összeolvadása által keltett, új típusú gravitációs hullámot észleltek, az eseményt pedig más, a terültet vizsgáló teleszkópok is rögzítették.

A detektálásról szóló pletykák nagyon gyorsan elterjedtek az online felületeken, sok kutatót izgalomba hozva. Ha az eredmény igaznak bizonyul, az valóban új korszakot nyithat a csillagászatban: ugyanazt a jelenséget észlelhetnénk a hagyományos távcsöveinkkel, és "hallhatnánk" a téridő szövetének vibrálásaként is. Stuart Shapiro (University of Illinois, Urbana–Champaign) véleménye szerint szinte hihetetlen előrelépést jelentene az Univerzum megértésében. A gravitációshullám-detektorokkal dolgozó kutatók először nem akarták kommentálni a pletykát, mivel az adatokat még elemzik, a bárki által hozzáférhető információk alapján azonban a múlt hét óta a világon sok teleszkóp ugyanazt a galaxist figyeli. A kutatók persze arra figyelmeztetnek, hogy az ezek által észlelt jelek akár más, független forrástól is származhatnak. A Nature magazin - talán szokatlan módon - csütörtökön maga is helyt adott a pletykának, rögtön magyarázva is az esetleges felfedezés hátterét és jelentőségét.

Mi a szóbeszéd tárgya?

A Louisiana és Washington államokban működő Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detektorai eddig háromszor észleltek gravitációs hullámokat - a téridő szövetének kicsiny fodrozódásait -, amelyeket összeolvadó fekete lyukak keltettek. A kutatók azonban reménykedtek abban, hogy más kozmikus kataklizmák által keltett gravitációs hullámokat is detektálhatnak majd. Ilyen katasztrófa neutroncsillagok, vagy nagy tömegű csillagok maradványainak összeolvadása, amelyek felrobbantak ugyan, de nem voltak elég nagyok, hogy a magjuk fekete lyukká roskadjon össze. Ezek az események a gravitációs hullámokon kívül az elektromágneses spektrum minden tartományában - a rádiótól a gammáig - is bocsátanának ki sugárzást, így a hagyományos teleszkópjainkkal is észlelhetők lennének.

A pletykát J. Craig Wheeler (University of Texas, Austin) bocsátotta útjára 2017. augusztus 18-án, amikor a Twitteren ezt írta: "New LIGO. Source with optical counterpart. Blow your sox off!" (Kb. ilyesmi: "Újdonság a LIGO-tól. Forrás optikai megfelelővel. Agyam eldobom!") Egy órával később Peter Yoachim (University of Washington, Seattle) már azt twittelte, hogy a LIGO által detektált jel optikai megfelelője a Hidra csillagképben megfigyelhető NGC 4993 katalógusjelű, körülbelül 40 millió parszekre (130 millió fényévre) lévő galaxisban van, és azt is megjegyezte, hogy az első magyarázat összeolvadó neutroncsillagokról szól. Néhány, magát felfedni nem kívánó csillagász szerint a hír Wheeler és Yoachim tweetje előtt privát csatornákon már körbejárt: Ha a gravitációs hullámokkal foglalkozó kutatók észlelnek egy jelet, teljesen természetes, hogy - a kötelező óvatosság mellett - minél gyorsabban szeretnék tudni, vajon azt fekete lyukak vagy neutroncsillagok összeolvadása keltette-e, mivel mindkét típusú esemény jelének megvannak a jellegzetességei.

Az NGC 4993 galaxis (elmosódott fényes folt) a Hidra csillagképben.
[Digitized Sky Survey]

Lehet, hogy a jelet a LIGO testvérműszere, az olaszországi Pisában működő Virgo is észlelte, amely egy felújítási szünet után augusztus eleje óta segíti a LIGO-t a gravitációs hullámok detektálásában. Ha így van, az nagy segítséget jelentene a kutatóknak a forrás azonosításában. Giovanni Losurdo, a felújítási munkák vezetője szerint a Virgo a neutroncsillag-összeolvadások által keltett gravitációs hullámokat átlagosan csak 25-27 millió parszek távolságig képes érzékelni, az égbolt bizonyos részein azonban a "hatótávolsága" elérheti a 60 millió parszeket is.

A további információkat Wheeler és Yoachim is megtagadta, sőt Wheeler később elnézést is kért a Twitteren: "Right or wrong, I should not have sent that tweet. LIGO deserves to announce when they deem appropriate. Mea culpa." ("Igaz vagy sem, nem kellett volna posztolnom azt a bejegyzést. A LIGO megérdemli, hogy ők jelentsék be, amikor úgy érzik, itt az ideje. Mea culpa.")

Távcsöves észlelések

A bárki számára hozzáférhető körlevelek szerint a NASA Fermi-űrtávcsöve gammasugárzást észlelt az égbolt azon részéről, ahol a lehetséges gravitációshullám-forrás található. A Fermi egyik megkérdezett vezető kutatója nem kívánta kommentálni a megfigyelést, de annak adatai konzisztensek azzal a feltételezéssel, hogy a rövid gammavillanásnak (short gamma ray burst, sGRB) nevezett eseményt neutroncsillagok ütközése okozhatta. A jellemzően néhány másodpercig tartó felvillanást általában az optikai tartományban - időnként a rádió- és a gammatartományban - legfeljebb néhány napig észlelhető utófény követi. A kutatók azonban arra figyelmeztetnek, hogy a Fermi ugyan észlelte a GRB-t, de annak pozícióját nem tudta kellő pontossággal meghatározni.

A riasztás után más távcsövek is az NGC 4993 galaxis irányába fordultak. Augusztus 22-én a Hubble-űrtávcső aktuális megfigyelési irányát mutató Space Telescope Live Twitter-csatorna alapján úgy tűnt, hogy azzal a spektrográffal, amellyel általában az sRGB-k utófényét figyelik, éppen a kérdéses terültet vizsgálják. A Hubble-tweetet azóta törölték. Más, szintén bárki számára hozzáférhető források szerint a múlt héten több csoport is használta a Hubble-űrtávcsövet az NGC 4993 megfigyelésére, indokként gravitációs hullámok lehetséges forrásával kapcsolatos vizsgálatokat említve.

Augusztus 23-án Peter Coles (Cardiff University, UK) blogjának egyik kommentelője megjegyezte, hogy a NASA Chandra röntgenteleszkópja is akcióba lépett. A Chandra honlapja szerint az észlelés augusztus 19-én történt, az űrtávcső az NGC 4993 felé nézett és az SGRB170817A jelű eseményt rögzítette. A jelölés a 2017. augusztus 17-én detektált rövid gammavillanásra utal. A legbeszédesebb rész az, amelyben azt indokolják, hogy miért kell minden korábbi észlelési tervet mellőzve a teleszkópot a megadott irányba fordítani: "Gravitational wave source detected by a LIGO, VIRGO, or both." ("A LIGO, a Virgo, vagy mindkettő által detektált gravitációshullám-forrás.") Az ESO VLT távcsőegyüttesének, illetve az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszernek szintén publikus dokumentumai is arra utalnak, hogy augusztus 18-19-én ezek a műszerek is az NGC 4993 galaxist figyelték.

Mit tudhatunk meg a neutroncsillagok összeolvadásából

A fekete lyukak összeolvadása által keltett gravitációs hullámok jelei rövidek, jellemzően egy másodpercig vagy még rövidebb ideig tartanak. Neutroncsillagok összeolvadása esetén azonban a jel hossza akár egy perc is lehet, mivel a neutroncsillagok tömege a fekete lyukakénál kisebb, ezért a kibocsátott gravitációs hullámok energiája is kisebb, így az egymás körül spirálozó csillagok pályáinak mérete lassabban csökken, a végső összeolvadás kicsit több időt vesz igénybe. A hosszabb események a gravitációs hullámokat megjósoló általános relativitáselmélet pontosabb tesztelését teszik lehetővé, de talán a neutroncsillagok eredetével kapcsolatos új nyomokat is feltárnak. Eleonora Troja (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland) szerint a távcsövek által megfigyelt rövid gammavillanás azt az évtizedes elméleti problémát is eldöntheti, hogy az sRGB-ket tényleg neutroncsillagok ütközése okozza-e. A gravitációs hullámok ez esetben a füstölgő puskacső szerepét töltik be. A szóban forgó sRGB saját jogán más okból is érdekes lehet. A legtöbb ilyen esemény az Univerzum nagyon távoli részeiben következett be, sok milliárd parszekre tőlünk. Az NGC 4993 távolsága azonban csak 40 millió parszek, így Derek Fox (Penn State University) szerint ez az sRGB a valaha detektált legközelebbi rövid gammavillanás lehet. A gravitációs hullámok a neutroncsillagok szinte egyáltalán nem ismert szerkezetéről is szolgálhatnak információval, és talán arról is, hogy az összeolvadásuk eredményeként újabb neutroncsillag vagy esetleg egy új fekete lyuk keletkezett.

Neutroncsillagok összeolvadásának szimulációja. A fehér vonalak a mágneses tér erővonalai.
[M. Ruiz, R. N. Lang, V. Paschalidis and S. L.Shapiro (University of Illinois, Urbana-Champaign), Illinois Relativity REU team]

Mikor tudhatjuk meg végre?

Augusztus 25-én a LIGO és a Virgo befejezte az aktuális adatgyűjtési ciklusát. David Shoemaker (Massachusetts Institute of Technology), a LIGO szóvivője szerint ezután a kutatók egy rövid bejelentésben jelzik majd, hogy ennek során találtak-e olyan "esemény-jelöltet", amely további elemzést igényel. Ez azonban időt igényel, mert csak olyan dolgot akarnak publikálni, amelynek igazában nagyon biztosak.

Ez a bejelentés - talán nem függetlenül a szóbeszédtől - még aznap, augusztus 25-én meg is született. Megerősíti azt, hogy a LIGO és a Virgo detektorok adatainak előzetes elemzése alapján ígéretes gravitációshullám-jelölteket (többes szám!) azonosítottak, amelyekről tájékoztatták a partnereiket is. Keményen dolgoznak azon, hogy igazolják, a jelöltek valóban gravitációshullám-események voltak, de időre van még szükségük, hogy a bizonyosság tudományos közösség és nagyközönség elé tárható szintjét elérjék. Amint újabb információ birtokába jutnak, azt természetesen azonnal tudatják.

Forrás:

• doi:10.1038/nature.2017.22482