Immár húsz éve, hogy felbocsátották a Swift-űrtávcsövet, a csillagászok azonban még ma is találnak új módot a jól bejáratott műszer használatára. A gravitációs hullámok lokalizálására irányuló új technika lehetőséget nyújthat a neutroncsillagok összeolvadását követő első percek észlelésére.

Illusztráció arról, ahogy két neutroncsillag közelít egymáshoz az ütközés előtt. Ahogy egyre közelebb kerülnek, gravitációs hullámokat bocsátanak ki. (ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

2017-ben egy kutatócsoport első alkalommal észlelte két neutroncsillag összeütközésének gravitációs hullámait és elektromágneses sugárzását. 1,7 másodperccel a gravitációs hullámok detektálását követően két gammasugár-obszervatórium, a Fermi űrtávcső és az INTEGRAL űrteleszkóp véletlenül észlelte az ütközés gamma-sugárzását.

A GW170817 jelű neutroncsillag-összeolvadás „ciripelő” jele a livingstoni Lézer-Interferometriás Gravitációshullám Obszervatórium (LIGO) felvételén. (Caltech/MIT/LIGO Laboratory)

Bármilyen szerencsés is volt az észlelés, sem a Fermi, sem az INTEGRAL nem volt képes meghatározni a kitörés pontos helyét. Még 12 értékes óra telt el, mire az ütközés optikai és ultraibolya sugárzását azonosították: ezek azok a hullámhosszok, amelyeket a lehető leghamarabb meg kell figyelnünk egy összeolvadás fizikájának és az azt követő elemképződés áradatának megértéséhez. Vajon lehetséges gyorsabban megtalálni két összeolvadó neutroncsillagot?

Aaron Tohuvavohu (University of Toronto) és munkatársai nemrég megjelent tanulmányukban megmutatják, hogyan lokalizálhatunk rövid idő alatt neutroncsillag-összeolvadásokat egy régi műszer, a 20 éves Swift-űrteleszkóp segítségével. Az esemény gyors felismerésének kulcsa az azt követő másodpercekben kibocsátott gammasugárzás észlelése, és jelenleg a Swift rendelkezik a legérzékenyebb gammasugár-detektorral. Ha egy gammaforrás a Swift látómezejébe esik, ami az égbolt 17%-át lefedi, akkor a távcső 1–3 ívperces pontossággal képes lokalizálni, így a más hullámhosszokat vizsgáló teleszkópoknak már kisebb területet kell átvizsgálniuk. A Swift nem fogja át az egész égboltot, így felmerül a kérdés, hogyan irányíthatjuk a teleszkópot a megfelelő időben a megfelelő helyre.

A gravitációs hullámjel lokalizációjának változása az egyesülésig eltelt idő csökkenésével. (Tohuvavohu et al. 2024)

A kutatók felvázolták, hogyan lehetne a Swift segítségével gyorsan nyomon követni a korán felfedezett eseményeket, vagyis a gravitációs hullámokat, amelyeket a neutroncsillagok összeolvadása előtt észlelnek. Miután a Swift értesítést kap egy közelgő neutroncsillag-összeolvadásról, valamint egy hozzávetőleges térképet az esemény helyéről, rááll a valószínűsíthető területre, hátha befogja az ütközés gammasugárzását, és lokalizálhatja az összeolvadást.

De mi a megfelelő időpont arra, hogy a Swift a forrás felé forduljon? A jelenlegi gravitációshullám-műszerek akár 70 másodperces átfutási időt is képesek adni az egyesülés előtt, de ilyen korai időpontban csak több ezer négyzetfokon átívelő területre tudják lokalizálni az eseményt. Ahogy közeledik az egyesülés, a térkép pontosabbá válik, de amíg a pontos helyinformációkra vár, a Swiftnek egyre kevesebb ideje marad a mozgásra. Ha pedig elkezd beállni, nem lehet más irányba állítani, amíg be nem fejezte a mozgást.

Miután a Swift figyelmeztetést kap egy közelgő neutroncsillag-összeolvadásról, azonnal rá kell állnia a legvalószínűbb irányra, vagy érdemes várnia, hogy pontosabban rögzíthesse az esemény helyszínét? Tekintettel arra, hogy mennyi időt vesz igénybe a jelforrásra állás, miközben elkerüli a Földhöz vagy a Naphoz közeli tiltott zónákat, a kutatók szerint az a legjobb, ha a távcső a lehető legkorábbi helyzetmeghatározás alapján cselekszik még akkor is, ha a későbbi térképek pontosabbak lesznek.

Ez a módszer persze nem bombabiztos: előfordul majd, hogy a Swift sietve rááll egy égterületre, majd kiderül, hogy az összeolvadás máshol történt. A kutatók becslései szerint azonban még így is kétszer gyorsabbá teheti a neutroncsillag-összeolvadások pontos lokalizálását. A gyors helymeghatározás pedig lehetővé teszi a gyors nyomonkövetést látható és ultraibolya tartományban, ami kulcsfontosságú az egyesülés vizsgálatához.

A Swift Kitörésriasztó Távcsövének (BAT, Burst Alert Telescope) látómezeje által lefedett gravitációshullám-események aránya az egyesülés előtti értesítés időtartamának függvényében. (Tohuvavohu et al. 2024)

A jövőbeni érzékenyebb gravitációshullám-obszervatóriumok képesek lehetnek még hosszabb idővel a becsapódás előtt észlelni az egymás felé spirálozó neutroncsillagok halk ciripelését, így a Swift gyakrabban állhat pozícióba. A kutatók szerint addig is azon kell dolgozniuk, hogy a közelgő neutroncsillag-egyesülésekről szóló értesítések hamarabb eljussanak a Swift-űrtávcsőhöz.

Forrás: AAS Nova