Az elméleti modellek szerint az első csillagok az Univerzum születése után néhány százmillió évvel keletkeztek – ezzel első alkalommal árasztották el az egyre hűlő Világegyetemet fénnyel. Ezek a III. populációsnak nevezett csillagok azonban jelentősen eltértek napjaink csillagaitól: elsősorban roppant nagy tömegűek voltak, emellett szinte tisztán csak hidrogénből és héliumból álltak, gyakorlatilag mindenféle (csillagászati értelemben vett) fém nélkül.

A Napunknál több tízszer-százszor nagyobb tömegű csillagok életüket gyorsan leélték, majd szupernóvaként felrobbanva számos közülük a világ első fekete lyukjaivá omlott össze. Ezek ütközése, összeolvadása során nagyobb tömegű fekete lyukak jöttek létre, miközben az eseményt – ahogy nagy tömegek összeolvadása során lenni szokott – gravitációs hullámok kibocsátása kísérte. Az ilyen távoli, és kis tömegeket (néhány naptömeget) kísérő jelenségek kimutatásához azonban jelenlegi detektoraink nem megfelelőek.

A jelenlegi obszervatóriumok (LIGO, Virgo, KAGRA) immár több mint 400 eseményt észleltek (az elsőt körülbelül 11 évvel ezelőtt), de a gravitációs hullámok frekvenciafüggése és a detektorok érzékenysége miatt nem látnak „messzebb” 8 milliárd fényévnél, azaz nem érik el a III. populációs csillagok világát.

Naderi V. Krishnendu (University of Birmingham) és kollégái új elképzeléseket fogalmaztak meg. A gravitációs hullámok észlelésének új eszközei lehetnek például a Cosmic Explorer (CE), amely az Egyesült Államok területén egy L alakú, két szárával mintegy 40 km-re nyúló obszervatórium; illetve az Einstein Telescope (ET), ami egy Szardíniára tervezett, 10 km-es oldalhosszúságú, föld alatti háromszöget formázó detektor lenne. Ezek a műszerek a tervek szerint már elérhetik az Univerzum hajnalát, amikor a III. populációs csillagok, majd a fekete lyukak keletkeztek. A fő problémát az ilyen távoli objektumok esetén az Univerzum tágulása jelenti. Egy 14 milliárd évvel ezelőtt történt esemény során kibocsátott gravitációs hullámok magának a Világegyetemnek a tágulása miatt hullámhosszukban mintegy 19-szeres nyúlást szenvednek, amely nemcsak a fekete lyuk tömegét mutatja nagyobbnak, de a jel frekvenciáját is természetes módon csökkenti. Két 30 naptömegnyi fekete lyuk összeolvadása ebből a távolságból például 1100 naptömegnyi kettős fekete lyukhoz köthető eseményként jelenne meg.

A két tervezett gravitációshullám-detektor. Fent: Cosmic Explorer, lent: Einstein Telescope (Wikipedia, Einstein Telescope)

A hullámhossz növekedésével csökkenő frekvencia problémáját jól jelzi a kutatók által modellezett két detektor 10, illetve 5 Hz-es tervezett érzékenysége. A 10 Hz-es detektor az egymás felé spirálozó fekete lyukak utolsó másodperceinek megfigyelésére alkalmas, míg az 5 Hz-es változat az ezt megelőző, több keringést is magába foglaló időszak észlelésére alkalmas. Ez utóbbi segítségével az összeolvadási folyamat tanulmányozható részletesebben. A szimulációkkal vizsgált detektorok egyúttal az ősi fekete lyukak tömegét körülbelül 12%-os pontossággal képesek meghatározni, ami különösen fontos a korai csillagok fejlődésének vizsgálata szempontjából. A készülő új detektorok harmadik fontos jellemzője lehet a szimulációk szerint, hogy képesek lehetnek a forrás égi helyzetének körülbelül 60 négyzetfokos területen belüli meghatározására az esetek legalább 60%-ában. Ezt az információt pedig a hatalmas rádiótávcső-hálózatokkal lehetne felhasználni, összekapcsolva az ősi fekete lyukak összeolvadására utaló, jelenleg is megfigyelhető kozmikus struktúrákkal.

Universe Today, 2026. szeptember 9.