Rendkvli fekete lyuk-tkzs teszi izgalmass a gravitcis hullmokat

by Kevin | Last Updated: April 21, 2020

A gravitcis hullmokat kutat csillagszok elszr szleltek kt lnyegesen eltr tmeg fekete lyuk kztti tkzst, j fejezetet nyitva ezzel az asztrofizikban s a gravitci fizikjban. A trid gyenge hullmai adjk az els flrerthetetlen bizonytkot arra, miszerint az tkzs eltt legalbb az egyik fekete lyuk forgott, ami j s rtkes informcit szolgltat a csillagszoknak azokrl az alig ismert s nehezen tanulmnyozhat tulajdonsgokrl, amelyekkel ezek a klnleges szupersr s stt objektumok rendelkeznek.

Elszr szleltk jelentsen eltr tmeg fekete lyukak tkzst

“Ez egy kivteles esemny” – mondta Maya Fishbach, az illinoisi Chicagi Egyetem asztrofizikusa. Az eddig megfigyelt hasonl tkzsek,

mindig nagyjbl azonos tmeg fekete lyukak kztt zajlottak le,

ezrt ez az j felfedezs drmai mdon megvltoztatja az ezzel kapcsolatos ismereteinket – nyilatkozta Fishbach.

A szupermasszv fekete lyukak akr millirdszoros naptmegek is lehetnek (A kp illusztrci)Forrs: Universe Today)

Az eltr tmeg fekete lyukak kzti tkzst mg tavaly fedeztk fel, de az ezzel kapcsolatos eredmnyekrl Fishbach s munkatrsai csak most, prilis 18-n szmoltak be az American Physical Society (APS) virtulis lsn, amelyet a koronavrus-vilgjrvny miatt online tartottak meg.

A LIGO kutatja az egyik mikrohullmfrekvencia-mr tkrt vizsgljaForrs: MATT HEINTZE/CALTECH/MIT/LIGO LAB

A lzer-interferomter gravitcis hullmok megfigyelkzpontja (LIGO) – ami egy ikerdetektor, s amelyek a Washington llambeli Hanfordban illetve a Louisiana-i Livingstonban mkdnek – tovbb az olaszorszgi Virgo megfigyel intzet 2019. prilis 12-n egyarnt szlelte a GW190412 jel esemnyt. A LIGO-Virgo egyttmkds a megfigyels eredmnyeit az arXiv preprint kiszolgln tette kzz.

Mst tapasztaltak, mint az eddig megfigyelt tkzseknl

2015 szeptemberben a tudomnytrtnetben elszr sikerlt szlelsi adatokkal is bebizonytani a gravitcis hullmok ltezst, amit Albert Einstein az ltalnos relativitselmlet publiklsakor mint a „trid fodrozdsait” elmletben mr megjsolt.

A gravitcis hullmokat, mint a trid fodrozdsait Einstein ltalnos relativitselmlete jsolta megForrs: Wikimedia Commons/Orren Jack Turner, Princeton, N.J.

A LIGO a trid hullmait kt sszeolvad fekete lyuk megfigyelsekor fedezte fel.

A LIGO, amelynek kutatsi projektjhez a Virgo is csatlakozott, ksbb tovbbi 10 alkalommal detektlt gravitcis hullmokat, ami az univerzum nehz kmiai elemeinek eredett is segt megmagyarzni. A harmadik megfigyelsi sorozat 2019. prilis 1-jn kezddtt el s 2020. mrcius 27-n fejezdtt be.

Az egyik LIGO rzkel – mindegyiknek kt kill karja van, a trid hullmzsa az egyiket megnyjtja, a msikat pedig sszenyomja. Ezt a vltozst lzerek rzkelikForrs: CALTECH/MIT/LIGO LAB

A megfigyelsi technika nagymrtkben megnvelt rzkenysge tette lehetv a LIGO-Virgo szlelhlzata szmra, hogy 50 tovbbi „jelltrl” gyjtsn adatokat.

A legutbb megfigyelt GW190412 jel esemny teljesen egyedinek szmt

az eddig szlelt hasonl feketelyuk tkzsekhez kpest. A kt sszeolvadt fekete lyuk egyiknek becslt tmege krlbell nyolc naptmeg , a msik pedig ennl tbb mint hromszor nagyobb, 31 naptmeg stt objektum volt.

Elszr sikerlt kimutatni kt jelentsen klnbz tmeg fekete lyuk tkzstForrs: LIGO.dcc

A jelents tmegklnbsg miatt a nagyobb fekete lyuk eltorztotta maga krl a teret, a msik fekete lyuk plyja pedig eltrt a tkletes spirltl. Ez az sszeolvadsbl szrmaz gravitcis hullmokban volt megfigyelhet, amelyek az objektumok egymsba tkzsekor jttek ltre.

Kt kering fekete lyuk ltal keltett gravitcis hullmok illusztrcija.Forrs: https://www.ligo.caltech.edu/page/what-are-gw

Az sszes eddig megfigyelt sszeolvads olyan gravitcis hullmot generlt, amelynl mind az intenzits, mind pedig a frekvencia egszen az tkzs pillanatig folyamatosan nvekedett. A GW190412 esetben azonban teljesen ms volt a helyzet. “Ez nagyon rdekess teszi ezt a rendszert, a jel morfolgijt tekintve” – mondta Fishbach.

Most mr bizonyos, hogy ezek a szupersr objektumok is forognak

A fizikusok trelmetlenl vrtak egy ilyen esemnyre, mert ez j, pontosabb mdszereket knl Albert Einstein gravitcis elmletnek, az ltalnos relativitselmletnek a tesztelsre.

A felfedezs az ltalnos relativitselmlet j tesztelsi lehetsgeForrs: Wikimedia Commons/Ferdinand Schmutzer

„Az ltalnos relativitselmleti tesztels j rendszerbe llunk” – nyilatkozta ezzel kapcsolatban Maximiliano Isi, a LIGO s a Massachusetts Technolgiai Intzet (MIT) kutatja, aki szintn rszt vett a konferencin.

A fekete lyuk a kzelbe kerlt csillagkzi anyagot az objektum nagy gravitcis ereje miatt beszippantjaForrs: X-ray: NASA/CXC/UMass/D. Wang et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/D.Wang et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/SSC/S.Stolovy/Chandra X-Ray Observatory Center

A kutatk ezeket az adatokat a fekete lyukak „spinjnek”, forgsnak felismersre tudtk felhasznlni.

Most mr biztosan tudjuk, hogy ezek a szupersr objektumok is forognak”

– mondta Isi. Az asztrofizikusok azt remlik, hogy a forgs szlelse rvilgthat arra is, hogy a fekete lyukak hogyan alakultak ki, s mi az oka annak, hogy egyes fekete lyukak egyms krl keringenek.

Egy mvsz elkpzelse, ahogy egy fekete lyuk lenyel egy neutron csillagot.Forrs: https://www.space.com/black-hole-swallows-neutron-star-gravitational-waves.html

Az aszimmetrikus tkzsekrl feltrt j informcik szintn hozzjrulhatnak ahhoz, hogy pontosabban megmrjk ezeknek az esemnyeknek a tvolsgt a Tejtrendszertl.

Sok ilyen mrsi eredmny pedig j mdszert jelenthet az univerzum trtnetnek a feltrkpezshez.

Mvszi illusztrci tkz fekete lyukakrlForrs: NASA

A LIGO – Virgo egyttmkds egyre tbb eredmnyt fog kzztenni a nem publiklt adatok hatalmas sorozatbl,

idertve az egyedi esemnyeket is, amelyek klnsen rdekesek vagy izgalmasak – fzte hozz Jo van den Brand, az amszterdami Nemzeti Szubatomi Fizikai Intzet fizikusa, a Virgo projekt kutatja.

Az univerzum legklnlegesebb objektumai, a fekete lyukak

Az elfogadott ltalnos definci szerint a fekete lyuk a trid olyan tartomnya, ahonnan az extrm gravitci miatt semmi, mg a fny sem tud eltvozni, vagyis az objektum elmleti felsznn a szksi sebessg elri, vagy elmletben meghaladja a fnysebessg rtkt.

fekete lyukForrs: Wikimedia Commons/NASA-ESA/NASA Hubble material

Valjban a fekete lyuk a sz hagyomnyos rtelmben egy “nem ltez gtest”,

mert az esemnyhorizont mgtt a fekete lyuk nem rendelkezik szerkezettel,

kifel pedig csak a tmege, a tltse illetve a spinje (perdlete) nyilvnul meg.

Fekete lyuk gravitcis lencsehatsa szimullt animcinForrs: Wikimedia Commons/Alain C.

A fekete lyukak ltezst az ltalnos relativitselmlet tmasztja al. Fekete lyuk akkor keletkezhet, ha egy vges tmeg test ( nagytmeg csillag) sszeomlsa, a gravitcis kollapszus sorn egy kritikus rtknl kisebb trfogatt zsugorodik ssze.

Ilyen esetben az sszehzdst okoz gravitcis er minden ms ernl nagyobb lesz,

s az elpusztult csillag anyaga egyetlen pontt zsugorodik ssze.

Egy fekete lyuk krli forr plazmbl ll akkrcis korong mvszi brzolsa. A kp kzepn lev stt gmb a fekete lyuk esemnyhorizontjaForrs: Wikimedia Commons/XMM-Newton, ESA, NASA

Ebben a pontban bizonyos mennyisgek, mint pldul a srsg vagy a trid grblet vgtelenn vlnak

(gravitcis szingularits). A szingularitst krllel trrszben a gravitci olyan ers, hogy a fny sem tud kiszabadulni innen.

A Cygnus X-1, egy kettscsillag egyik komponense az egyik elsnek azonostott fekete lyuk (s egyben fnyes rntgenforrs) valamint a krltte lv akkrcis korong, fantziarajzonForrs: Wikimedia Commons/ESA – European Homepage for the NASA/ESA Hubble Space Telescope

(Ezrt is hvjk ezeket az objektumokat fekete lyukaknak.)

A szingularitst krbevev trrsz hatrfellete az gynevezett esemnyhorizont.

Az esemnyhorizonton bellre kerl anyagot vagy sugrzst pedig elnyeli a szingularits.

(Forrs: Nature)