Újabb mérföldkő a csillagászatban

NAGYÍTÁS

A jobb oldali képet a Swope teleszkóp készítette. A piros nyíl jelöli a GW170817 gravitációshullám-jel elektromágneses párját. Bal oldalon a Hubble-űrteleszkóp ugyanerről az égterületről készített felvétele látható.
Forrás: Swope Telescope, Hubble

A két neutroncsillag összeütközéséből származó jelek forrását egy magyar galaxiskatalógussal sikerült gyorsan azonosítani. Ezután közel 70 földi és űrtávcső fordult rá a célpontra, és figyeli még most a fejleményeket, amelyekből megérthetjük a nehéz elemek kialakulásának folyamatát is.

Miért nagy mérföldkő a mostani bejelentés? Azért, mert
először észleltek gravitációs hullámokat neutroncsillagok összeütközéséből;
bebizonyosodott, hogy az ilyen eseményeket gammakitörések követhetik; 
bebizonyosodott, hogy a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek;
a forrás fényének megfigyeléséből sok új információt szerezhetnek a csillagászok az Univerzum kémiai fejlődéséről.

2017. augusztus 17-én az USA-ban lévő LIGO és az Olaszországban lévő Virgo detektorok gravitációshullám-jelet észleltek, amelynek a forrása két neutroncsillag összeütközése volt. Az ütközés résztvevői körülbelül 1,1 és 1,6 naptömegűek lehettek.

Az észlelés több rekordot is megdöntött, hiszen 130 millió fényéves becsült távolságával ez az eddigi legközelebbi észlelt gravitációshullám-forrás, egyúttal résztvevőinek tömege is jóval kisebb, mint az eddig észlelt összeütközésekben szereplő fekete lyukaké.

A neutroncsillagokról érdemes tudni, hogy igen kicsi, nagyjából 20 kilométer átmérőjű, elképesztően sűrű égitestek – ha valamiképp módunk lenne egyetlen teáskanálnyi mintát venni anyagukból, ez körülbelül egymilliárd tonnát nyomna.

A gravitációshullám-detektorok által észlelt jelek akkor keletkeztek, amikor két neutroncsillag nagyjából 300 kilométerre megközelítette egymást, és egyre gyorsulva, spirális pályán összeütköztek.

A gravitációs hullámok után 2 másodperccel ért el hozzánk az ütközés nyomán felszabadult gammasugárzás, ezt észlelték is a Fermi és az INTEGRAL űrtávcsövek. Ez a késés tökéletesen megfelelt a modelleknek (tehát ugyanennyi lehetett a különbség a jelek keletkezésénél is), így Einstein egy újabb jóslata igazolódott be: a gravitációs hullámok valóban fénysebességgel terjednek.

A gravitációs hullámok és a gammasugarak detektálása után is maradt még izgalmas észlelnivaló, ugyanis az ütköző neutroncsillagok környezetében maradó anyag az elektromágneses spektrum számos hullámhosszán sugároz, a röntgentől a rádióhullámokig.

Ezekből a későbbi mérésekből a csillagászok különféle nehéz elemek, így arany és platina jelenlétét mutatták ki. Így tehát bizonyossá vált, hogy legalábbis részben ilyen ütközések hozhatták létre és szórhatták szét az űrben a vasnál nehezebb kémiai elemeket.

Kezdődhet a többcsatornás csillagászat korszaka?
Az, hogy a neutroncsillagok ütközésekor nemcsak elektromágneses, hanem gravitációs hullámok is keletkeznek, azt jelenti, hogy egyazon eseményről két fizikailag teljesen különböző méréssel is információhoz juthatunk. Erre mindeddig nem volt lehetőség a csillagászatban, hiszen minden információ, amit a világegyetem távoli területeiről szereztünk, az elektromágneses sugárzás valamilyen formájában jutott el hozzánk.

Frei Zsolt asztrofizikus, az ELTE Fizikai Intézetének igazgatója, a LIGO csoport vezetője az mta.hu-nak elmondta: ez az észlelés nagy szerencse, mert a detektorok jelenlegi érzékenysége mellett csak a hozzánk közeli neutroncsillag-ütközéseket lehet megfigyelni. Ez az esemény a maga 130 millió fényéves távolságával nagyon közelinek számít.

Honnan érkezhetett a jel?
A két LIGO detektor adatai alapján a neutroncsillagok helyzetét 190 négyzetfoknyi területre sikerült behatárolni (ez a telihold területének kb. 950-szerese). Azonban az Olaszországban immár működő Virgo detektor adataival a gravitációs hullám forrásának helyzetét tovább lehetett pontosítani. Így 28 négyzetfokra, tehát az eredeti terület 14,7%-ára sikerült redukálni azt a területet, ahonnan a gravitációs hullámok elindulhattak.

Egy ekkora szögtartományon belül nagyjából 130 millió fényévre tőlünk több galaxisban is megbújhat a jelek forrása. Hogy pontosan melyikben, annak meghatározásában hatalmas segítséget jelentett az ELTE kutatóinak épp ilyen célokra kifejlesztett galaxiskatalógusa, a GLADE.

Bővebb információt az mta.hu oldalon olvashatnak