2017.10.16. - Először látjuk, honnan jönnek a gravitációs hullámok!

Talán elcsépeltnek hangozhat a szófordulat, de ismét igaz: kevesebb mint két évvel a gravitációs hullámok első közvetlen detektálása után megint egy új korszak kezdődött a csillagászatban.

Bár a korszakalkotó felfedezésről beszámoló tudományos publikációk ma, október 16-án váltak nyilvánossá, maga az esemény idén augusztus 17-én, világidőben 12:41:04-kor történt. A gravitációs hullámokat az amerikai LIGO két detektora (Hanford, Washington és Livingston, Louisiana) és az európai Virgo (Pisa, Olaszország) mintegy 100 másodpercen át észlelték. Később a dátum alapján a GW170817 jelölést kapta az esemény. A Virgo augusztus eleji belépése a LIGO két detektora mellé óriási jelentőségű volt a mostani felfedezés szempontjából is, hiszen így vált lehetővé, hogy a gravitációs hullámok forrását az égbolton a korábbiaknál sokkal pontosabban lokalizálhassák. Az eddig bejelentett első három gravitációshullám-esemény a LIGO eredménye volt, a nemrég napvilágot látott negyedik felfedezés (GW170814) már a Virgo részvételével történt. A közös bennük az volt, hogy kb. 8 és 35 naptömeg közötti fekete lyukak összeolvadásainak hatását, a téridő rendkívül finom, másodpercnél is sokkal rövidebb ideig tartó "fodrozódását" sikerült megmérni. A mostani, ötödik esemény viszont, amely csupán három nappal követte az előzőt, más volt.

Hírportálunk olvasói abban a szerencsés helyzetben vannak, hogy szakmai pletykák nyomán már augusztus végén képet kaphattak a neutroncsillag-összeolvadás észlelésének, a közös gravitációshullám-mérések és az elektromágneses hullámsávokban való detektálásnak a jelentőségéről. Miért kellett akkor még hónapokig várni a hivatalos bejelentéssel? A tudományos eredmények közlésének alapvető feltétele kell(ene) legyen a gondos ellenőrzés, a lektorált folyóiratokban való publikálás. Természetesen még ez sem jelent száz százalékos biztosítékot a tévedés ellen, de az elmúlt években számos olyan szenzációs, először sajtótájékoztatókon megszellőztetett "felfedezésről" hallhattunk, amelyek nem állták ki az idők próbáját: igen hamar kiderült róluk, hogy hibás feltételezéseken vagy számításokon alapulnak. Másrészt viszont a csillagászok is emberek, és mivel a GW170817 és utófénylése megfigyelésében világszerte sok ezer kutató, mintegy 70 (!) különböző földi és űrcsillagászati obszervatórium vett részt, a felfedezés pedig valóban szenzációs, nyilvánvaló, hogy nehéz volt titkot tartani...

Az eddig elvégzett mérések alapján kirajzolódó kép nagy vonalakban a következő. A neutroncsillag-összeolvadásnak a gravitációs hullámok detektálása alapján meghatározott idejét követően kevesebb mint 2 másodperccel a Fermi gamma-űrtávcső egy rövid gamma-kitörést észlelt (GRB170817A). A gravitációs hullámok okozta jelek elemzése alapján kiszámították, hogy az összeolvadó objektumok kb. 1,4 és 2,3 naptömeg, illetve 0,9 és 1,4 naptömeg közöttiek lehettek. Azt is sikerült megállapítani, hogy az esemény az égen egy 31 négyzetfoknyi kiterjedésű területről érkezett, méghozzá mintegy 130 millió fényév távolságból. Intenzív megfigyelési kampány vette kezdetét, amelynek keretében kevesebb mint 11 óra elteltével sikerült először detektálni a jelenséghez kapcsolódó fényes optikai felvillanást (SSS17a/AT 2017gfo). Ezt órákon belül számos független méréssel is megerősítették. Kiderült, hogy a jel az NGC 4993 elliptikus galaxisból érkezik, az Északi Vízikígyó (Hydra) csillagkép irányából, ugyanarról az égterületről. A galaxis távolsága pedig éppen megegyezik azzal, amit a beérkező gravitációs hullámok alapján számítottak ki. Így kevés kétség maradt afelől, hogy ugyanannak az eseménynek a jeleit sikerült felfedezni.

A GW170817 lokalizálása az égbolton a gravitációs hullámok, valamint a gamma- és optikai mérések alapján. A világoszölddel jelölt, összesen 190 négyzetfoknyi régió a LIGO két detektorának méréseiből volt meghatározható. A sötétzöld, 31 négyzetfokos terület a LIGO és Virgo együttes eredménye. A sötétkék régió a Fermi által detektált gamma-kitörés lehetséges pozícióját és bizonytalanságát mutatja. Jobbra fent az optikai utófénylés 10,9 órával az esemény után, az NGC 4993 galaxis képétől északkeletre külön megjelölve. Alatta ugyanannak a galaxisnak a képe, de még 20,5 nappal az esemény előtt.
[LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration & Partner Astronomy Groups, ApJL, 2017]

Ibolyántúli tartományban a jelenség mintegy két napon belül elhalványodott. A látható és infravörös tartományban végzett mérések tanúsága szerint az elkövetkező 10 napban az utófénylés színe a vörös felé tolódott el. Az első időszakban a röntgen- és rádiótartományban végzett mérések nyomán nem sikerült detektálni a forrást, csak felső korlátokat adni a fényességére. Röntgenben először 9, rádióban 16 nappal később jelent meg a halvány pont az égen, a kitörés helyén. A röntgen- és rádiósugárzás más fizikai folyamatok eredménye, mint a gamma-kitörés, illetve az optikai, ultraibolya és infravörös utófény. Hogy pontosan milyen módon keletkeznek, arra vonatkozóan több alternatív modell is létezik, ezek ellenőrzése érdekében tovább folytatódnak a megfigyelések. Az elektromágneses tartományokban végzett mérések mindenesetre igazolják, hogy neutroncsillagok összeolvadásáról lehetett szó. Ezek a legkisebb, legnagyobb sűrűségű csillagok, amelyeket ismerünk. Akkor keletkeznek, amikor nagy tömegű csillagok szupernóva-robbanással fejezik be életüket.

Fantáziarajz a két neutroncsillag összeolvadásáról. A keskeny nyalábok a gamma-kitörést jelképezik.
[National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet]

Tekintettel arra, hogy az első közösen észlelt gravitációshullám-esemény és elektromágneses tranziens jelenség alig több mint két héttel követte a Virgo detektorának bekapcsolódását a mérésekbe, ráadásul a berendezés érzékenysége a közeljövőben még javul is, nem a valóságtól elrugaszkodott feltételezés, hogy még sok ilyen csillagászati eseményt sikerül megfigyelnünk az elkövetkező időszakban. Ezzel pedig hamarosan többet tudhatunk meg magukról a neutroncsillagokról, és ellenőrizhetjük a feltételezést, hogy a rövid gamma-kitöréseket két neutroncsillag egybeolvasása okozza.

A LIGO és Virgo konzorciumok széles nemzetközi összefogásban működnek, bennük magyarországi intézmények - az Eötvös Loránd Tudományegyetem, a Szegedi Tudományegyetem és az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontja - kutatói fontos szerepet játszanak. E sorok írója az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének munkatársaként, egy nagy európai együttműködés keretében vesz rész a GW170817 rádió-utófénylésének detektálására irányuló erőfeszítésekben a legfinomabb felbontás és a legjobb pozíciós pontosság elérésére képes Európai VLBI Hálózattal és a brit e-MERLIN rádiótávcső-hálózattal.

A neutroncsillag-összeolvadás következtében létrejött gravitációshullám-esemény felfedezéséről szóló szakcikk a Physical Review Letters c. folyóiratban jelent meg, a kapcsolódó, a gamma-tartománytól a rádióig terjedő "hagyományos" csillagászati megfigyeléseket összegző tanulmány az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban látott napvilágot.

Kapcsolódó linkek a csillagaszat.hu hírportálról:

- Új típusú gravitációs hullámról szólnak a pletykák

- A gravitációs hullámok detektálása: áttörés a fizikában

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.10.16.