Izabella, Dalma, Eleonóra2024. július 12., péntek
Tudomány

Újabb korszakalkotó felfedezés a gravitációs hullámok területén

2023.06.29.NG
National Geographic Magyarország

Asztrofizikusok kulcsfontosságú bizonyítékot találtak olyan gravitációs hullámokra, amelyek éves-évtizedes időskálán rezegnek. A felfedezést galaktikus kozmikus órák nagy rádiótávcsövekkel történő megfigyelése tette lehetővé - derül ki a The Astrophysical Journal Letters tudományos folyóiratban megjelent cikkből. A másfél évtizedes munkában az ELTE kutatói is részt vettek.

Művészi elképzelés a pulzárok egy csoportjáról.
Forrás: Aurore Simonnet / NANOGrav Collaboration

 

 

Az elmúlt 15 évben a North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) Physics Frontiers Center galaktikus méretű gravitációshullám-detektort épített fel milliszekundumos pulzárokból a National Science Foundation (NSF) pénzügyi támogatásából működő rádiótávcsövekkel.

A milliszekundumos pulzárok kialudt, nagy tömegű csillagok maradványai; tengelyük körül másodpercenként több százszor fordulnak körbe, így rádiósugaraik - a világítótornyok fényéhez hasonlóan - periodikusan fel-felvillanó impulzusokként észlelhetőek.

A gravitációs hullámok a teret és az időt jellegzetes mintázat szerint nyújtják és szorítják össze, ami az impulzusok közötti időközökben olyan változásokat okoz, amelyek a megfigyelt pulzárok mindegyikénél korrelálnak. Ezek a korrelált változások jelentik azt a sajátos jelet, amelynek észlelésén a NANOGrav dolgozik.

A NANOGrav korábban már felfedezett egy rejtélyes időzítési jelet, amely az összes vizsgált pulzárnál megfigyelhető volt. Ez azonban még nem volt elég erős ahhoz, hogy a tudósok az eredetét is megállapíthassák. A másfél évtizedes gyűjtőmunka eredményeképpen most azt feltételezik, hogy ez a jel a galaxisunkon áthaladó, finoman rezgő gravitációs hullámokból származik.

„Ez kulcsfontosságú bizonyíték a nagyon alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokra – mondja Stephen Taylor, a Vanderbilt Egyetem munkatársa, a kutatás egyik vezetője, az együttműködés jelenlegi elnöke. – A felfedezés abszolút új ablakot nyit a gravitációs hullámok univerzumára.”

Ellentétben a tünékeny, magas frekvenciájú gravitációs hullámokkal, amelyeket a LIGO (Lézer Interferométeres Gravitációs Hullám Obszervatórium) és a hozzá hasonló földi eszközök észleltek, ezt a tartós, alacsony frekvenciájú jelet csak a Földnél sokkal nagyobb detektorral lehet érzékelni. Ezért a csillagászok galaxisunk egy részét hatalmas gravitációshullám-antennává alakították át, amihez 68 egzotikus csillagról (ú.n. pulzárról) gyűjtöttek adatokat. Az ily módon létrejött detektort pulzáridőzítési hálózatnak nevezték el. „Az NSF NANOGrav csapata lényegében galaxis méretű detektort hozott létre, amely felfedi a világegyetemet átjáró gravitációs hullámokat – mondja Sethuraman Panchanathan, az NSF igazgatója. – Ez világszínvonalú tudományos innováció.”

A pulzárok szupernóva-robbanásban elpusztult hatalmas csillagok magjának ultrasűrű maradványai. Gyorsan forognak, miközben rádióhullám-sugarakkal pásztázzák a világűrt - így a Földről nézve úgy látjuk, mintha pulzálnának. A leggyorsabbak köztük az úgynevezett milliszekundumos pulzárok, ezek másodpercenként több százszor fordulnak körbe tengelyük körül. Mivel impulzusaik rendkívül szabályosak, precíz kozmikus időmérőként használhatjuk őket.

„A pulzárok valójában nagyon halvány rádióforrások, ezért a kísérlet végrehajtásához évente több ezer órányi megfigyelésre volt szükség a világ legnagyobb távcsöveivel – mondja Maura McLaughlin, a Nyugat-Virginiai Egyetem munkatársa és a NANOGrav PFC társigazgatója. – Ezt az eredményt az tette lehetővé, hogy a National Science Foundation (NSF) kitartóan támogatta ezeket a kivételesen érzékeny rádiótávcsöveket.”

Rádiótávcsövek
Forrás: NRAO/AUI/NSF

Einstein általános relativitáselmélete pontosan megjósolja, hogy a gravitációs hullámok hogyan hatnak a pulzárok jeleire. A tér szövetének nyújtásával és összenyomásával a gravitációs hullámok kicsi, de kiszámítható módon befolyásolják az impulzusok ütemét. Egyes impulzusok a vártnál korábban, míg mások később érkeznek. Két különböző pulzárra mérhető eltolódások bizonyos mértékben összefüggnek, attól függően, hogy a két pulzár milyen távol látszik egymástól az égen.

„Nagy számú pulzárt kellett megfigyelnünk ahhoz, hogy meglássuk azt, amit az általános relativitáselmélet által megjósolt korrelációs mintázat első jeleinek gondolunk” – tette hozzá Xavier Siemens, az Oregon State University munkatársa, a NANOGrav PFC társigazgatója.

A NANOGrav-kutatás egyre több bizonyítékkal szolgál az éves-évtizedes időskálán rezgő gravitációs hullámok létezésére. Az adatok azt mutatják, hogy ezen hullámok egy lehetséges forrásai olyan kettős csillagrendszereknek, amelyeknek a tagjai a világegyetem legnagyobb tömegű fekete lyukai, tömegük több milliárdszorosa a Napénak, méretük pedig meghaladja a Nap és a Föld közötti távolságot. További kutatásuk segíthet megérteni a távoli galaxisok közepén összeütköző óriási fekete lyukakat és talán más egzotikus, alacsony frekvenciás gravitációshullám-forrásokat is.

Az ELTE részt vett a gravitációs hullámok első, 2015-ös, LIGO általi detektálásában, és hozzájárult a mostani NANOGrav eredményekhez is.

Timothy Pennucci, a Frei Zsolt által vezetett és az ELTE Intézményi Kiválósági Programja által is támogatott ELKH-ELTE kutatócsoport posztdoktori kutatója az együttműködésben rádiótávcsöves megfigyeléseket végzett, elemzéseket készített, valamint időzítési modelleket dolgozott ki a NANOGrav több pulzárjához, és új eszközöket fejlesztett ki a pulzárok időzítésére. A NANOGrav pulzáridőzítési csoportjának vezetője volt 2020 és 2021 között, amikor a jelenlegi adatokat először összeállították. A NANOGrav által kiadott adatok egyik változata is az ő kutatásain alapul.

„Végtelenül izgalmas olyan munkában részt venni, ami mérföldkőnek számít a csillagászatban. Mindössze néhány alkalommal nyílt ablak a világegyetemre, amióta az ember az űrbe néz – beszél tapasztalatáról a kutató. – Galilei fordított először optikai távcsövet az ég felé, egyértelműen a rádiócsillagászat volt a következő nagy lépés, és ez már kapcsolódik a mi munkánkhoz. A LIGO csaknem egy évtizeddel ezelőtt észlelt először meglehetősen nagy frekvenciájú gravitációs hullámokat az univerzumból, és most a NANOGravban mi mértünk először nagyon alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokat.”

Bécsy Bence Raffai Péterrel dolgozott a gravitációs hullámok észlelésének módszerein a LIGO Tudományos Együttműködés tagcsoportjában, a szintén Frei Zsolt által vezetett EGRG kutatócsoportban. A Montana Állami Egyetem doktoranduszaként, azóta pedig az Oregon Állami Egyetem posztdoktori kutatójaként több éves munkával járult hozzá a gravitációs hullám adatelemzéséhez. Vezetésével készült el az a kiegészítő tanulmány is, amelyben egyedi, nagyon nagy tömegű feketelyuk-kettősökből származó gravitációs hullámokat keresnek. Egy ilyen tanulmány döntő fontosságú a megfigyelt gravitációshullám-háttér eredetének megértéséhez.

„Nagyon örültem, hogy sikerült az egyedi feketelyuk-kettősök keresését a gravitációs háttér keresésével egyidőben kivitelezni. Ez korábban nagyon számításigényes analízis volt, így általában évekkel később készült csak el. A probléma megoldására dolgoztunk ki témavezetőmmel, Neil Cornishsal (Montana State University) egy új algoritmust, ami nagyjából 1 százalékra csökkenti az analízis számításigényét. Emellett több olyan lehetőséget is megnyitott, amivel jobbá is tudtuk tenni az analízist, sőt a hatékonysággal a környezeti hatásokat is csökkentettük – mondja Bécsy Bence. – Hihetetlenül izgalmas abba is belegondolni, hogy szemben a LIGO-Virgo-KAGRA detektorokkal, a pulzárokat nem mi építettük, nekünk „csak” a rádiótávcsöveket kellett megépítenünk, hogy a pulzárokat megfigyelhessük. Gyakorlatilag a világegyetem ajándéka, hogy ezek a csillagok rendelkezésre állnak. Arról nem is beszélve, hogy önmagukban is hihetetlen objektumok: tömegük nagyobb, mint a Nap tömege (sűrűségük olyan nagy, hogy egy teáskanálnyi neutroncsillag anyag olyan tömegű lenne, mint 900 gízai piramis!), míg méretük kisebb, mint Budapest. És másodpercenként több százszor fordulnak körbe tengelyük körül.”

Asztrofizikusok egész hada keresi ezt a gravitációshullám-jelet szerte a világon. Az ausztrál Parkes Pulsar Timing Array, a kínai Chinese Pulsar Timing Array, az európai European Pulsar Timing Array és az indiai Indian Pulsar Timing Array együttműködések több tanulmánya is utal ugyanennek a jelnek a jelenlétére. Ezek a regionális csoportok az International Pulsar Timing Array konzorciumon keresztül már dolgoznak azon, hogy a jel jobb megismerése és az új típusú források keresése érdekében egyesítsék adataikat. „Közös adatbázisunk már jóval pontosabb lesz – mondja Taylor. – Izgatottan várjuk, milyen titkokat fog feltárni a világegyetemről.”

Törpemalacokat és kutyákat vizsgáltak az ELTE kutatói

Törpemalacokat és kutyákat vizsgáltak az ELTE kutatói

A szakemberek arra voltak kíváncsiak, hogy miként reagálnak az állatok a különféle emberi hangokra.

A dinók kihalása nélkül nem lenne szőlőnk

A dinók kihalása nélkül nem lenne szőlőnk

Megkövült magok vizsgálata alapján rekonstruálták a szőlő kialakulását és elterjedését.

Másra figyel egy nő és egy férfi, amikor éjjel hazamegy

Másra figyel egy nő és egy férfi, amikor éjjel hazamegy

A félelem alaposan átírhatja, miként látjuk a világot, mire is figyelünk a környezetünkben.

Roska Botond nyerte a Wolf-díjat

Roska Botond nyerte a Wolf-díjat

A Svájcban élő magyar idegtudós az elveszett látás helyreállításán dolgozik.

A neandervölgyiek jó lelkűek voltak

A neandervölgyiek jó lelkűek voltak

Egy spanyolországi barlangban talált neandervölgyi kislány, aki legalább 6 évet élt, a vizsgálatok alapján Down-szindrómás volt, ám a közössége gondoskodott róla.

National Geographic 2024. júliusi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

15 900 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlapNational Geographic 2020. decemberi címlapNational Geographic 2021. januári címlapNational Geographic 2021. februári címlapNational Geographic 2021. márciusi címlapNational Geographic 2021. áprilisi címlapNational Geographic 2021. májusi címlapNational Geographic 2021. júniusi címlapNational Geographic 2021. júliusi címlapNational Geographic 2021. augusztusi címlapNational Geographic 2021. szeptemberi címlapNational Geographic 2021. októberi címlapNational Geographic 2021. novemberi címlapNational Geographic 2021. decemberi címlapNational Geographic 2022. januári címlapNational Geographic 2022. februári címlapNational Geographic 2022. márciusi címlapNational Geographic 2022. áprilisi címlapNational Geographic 2022. májusi címlapNational Geographic 2022. júniusi címlapNational Geographic 2022. júliusi címlapNational Geographic 2022. augusztusi címlapNational Geographic 2022. szeptemberi címlapNational Geographic 2022. októberi címlapNational Geographic 2022. novemberi címlapNational Geographic 2022. decemberi címlapNational Geographic 2023. januári címlapNational Geographic 2023. februári címlapNational Geographic 2023. márciusi címlapNational Geographic 2023. áprilisi címlapNational Geographic 2023. májusi címlapNational Geographic 2023. júniusi címlapNational Geographic 2023. júliusi címlapNational Geographic 2023. augusztusi címlapNational Geographic 2023. októberi címlapNational Geographic 2023. novemberi címlapNational Geographic 2023. decemberi címlapNational Geographic 2024. januári címlapNational Geographic 2024. februári címlapNational Geographic 2024. márciusi címlapNational Geographic 2024. áprilisi címlapNational Geographic 2024. májusi címlapNational Geographic 2024. júniusi címlapNational Geographic 2024. júliusi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket