2023 májusában, mindössze néhány nappal azután, hogy újraindultak az észlelések a LIGO-Virgo-KAGRA gravitációshullám-detektorok együttműködésében, a LIGO livingstone-i észlelőállomásának műszere egy feltehetőleg neutroncsillag és egy másik kompakt égitest ütközéséből származó gravitációs jelet érzékelt. A GW230529 számon katalogizált esemény különlegessége az, hogy az ütközésben résztvevő nagyobbik égitest a Napnál 2,5-4,5-szer nagyobb tömegű volt. Ilyen méretű kompakt égitestet korábban nem figyeltek meg a szakemberek.

Kétféle kompakt égitestet ismerünk, a neutroncsillagokat és a fekete lyukakat. Mindkettő égitesttípus szupernóva-maradványként jön létre. A fekete lyukak jellemzően nagyobb tömegűek és sűrűbbek a neutroncsillagoknál, de a gravitációs jeleik alapján szinte lehetetlen megkülönböztetni őket egymástól. A gravitációshullám-megfigyelések 2015-ös megkezdése előtt a kis, Napunkéval összehasonlítható tömegű, avagy csillagtömegű fekete lyukakat elsősorban röntgentávcsövekkel, míg a neutroncsillagokat rádiótávcsövekkel észlelték. A kétféle égitesttípus megfigyelt tömegtartománya határozottan elkülönült egymástól; a neutroncsillagok tömege mind kb. 2 naptömeg alattinak, míg a fekete lyukaké nagyjából 5 naptömegnél nagyobbnak adódott.

A gravitációshullám-mérések révén már mintegy 200 újonnan felfedezett kompakt égitest tömegét tudták viszonylag pontosan meghatározni a szakemberek, ám 2 és 5 naptömeg közötti objektumból azóta is csak nagyon kevés jelöltet találtak, ezek egyikéről – a GW190814 jelű esemény egyik résztvevőjéről – négy éve mi is beszámoltunk itt, a csillagászat.hu-n. Ugyanakkor az asztrofizikusok azóta is vitatkoznak azon, hogy bármelyik jelöltről is bizonyítható-e egyértelműen, hogy ebbe az üres tömegrésbe esik-e.

Diagram a GW230529 esemény összeolvadás előtti utolsó pillanataiból. Középen a két, egymást éppen ekkor elérő kompakt égitestet látjuk, amit körülölelnek az egymásbaspirálozás végső fázisában kibocsátott gravitációs hullámfrontokat reprezentáló kék felületek. Az ábra a lentebb található videóban bemutatott animáció egy fázisa. Forrás: I. Markin (Potsdam University), T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics).

A frissen publikált GW230529 jelű gravitációshullám-eseményben egy 1,2-2 naptömegű kisebb, és egy ennél valamivel több mint kétszer nagyobb tömegű nagyobb kompakt égitest olvadt össze. A nagyobbik objektum így, a mérési bizonytalanság ellenére is egyértelműen a fentebb vázolt, korábban gyakorlatilag üres tömegrésbe esett, ami akár el is döntheti az ilyen égitestek létezéséről szóló vitát.

A GW230529 jelű gravitációshullám-esemény két egymás körül keringő, egymásba spirálozó kompakt objektum életének utolsó törtmásodperceiből származott. Az ütközésből egy nagyobb tömegű fekete lyuk keletkezett, ám a rendszer kezdeti össztömegének egy nem elhanyagolható része gravitációs hullámok energiájaként szétsugárzódott a világűrben – ennek köszönhetően tudtuk mintegy 650 fényév távolságról, innen a Földről megfigyelni az összeolvadást.

Numerikus szimuláció a GW230529 jelű gravitációshullám-eseményben összeolvadt kompakt égitestekről. Forrás: I. Markin (Potsdam University), T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics).

Noha a gravitációs tér rezgéseiben kimutatott jel nem dönti el egyértelműen az égitestek pontos típusát, nagyon valószínű, hogy a kisebbik test neutroncsillag, míg a nagyobbik fekete lyuk volt. a LIGO-Virgo-KAGRA kutatói továbbá meglehetősen biztosak abban, hogy az ütközésben résztvevő fekete lyuk tömege a tömegrésbe esett, így igazán különlegesnek számít.

A kozmikus megfigyelésekre valóban alkalmas gravitációshullám-detektorok viszonylag újfajta műszerek, kevesebb mint egy évtizede működnek csupán. Az észleléseket kb 1-1,5 éves szakaszokra osztják, közöttük pedig hasonlóan hosszú leállások történnek. Ilyenkor karbantartják és fejlesztik a detektorok érzékenységét.

A GW230529-et pont az O4 jelű észlelési időszak első napjaiban érzékelte a LIGO Livingstone-i detektora. Sajnos a korai időpont miatt az együttműködés többi műszere ekkor nem működött még, így a jel beérkezésének irányát nem tudták meghatározni a szakemberek. Emiatt, habár az észlelés után perceken belül kiadták a riasztást az égboltot pásztázó optikai távcsőrendszereknek, a jelenség utófényét – ha volt egyáltalán – nem sikerült megtalálni.

A gravitációshullám-műszerek folyamatos fejlesztése egyre több hasonló, illetve akár más jellegű esemény megfigyelését is lehetővé teszi majd, így további izgalmas hírekre is számíthatunk ezen a területen.

Forrás: LIGO Tudományos Együttműködés