2024 végén, mindössze egy hónap különbséggel, két távoli fekete lyuk összeolvadását észlelték, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tudósok ismereteihez az univerzum leghevesebb mélyűri ütközéseinek természetéről és fejlődéséről. Az új megfigyelések arra utalnak, hogy az összeütköző fekete lyukak maguk is korábbi kozmikus összeolvadások termékei lehetnek.
A LIGO-Virgo-KAGRA együttműködés legújabb eredményei
Az Astrophysical Journal Letters 2024. október 28-án megjelent tanulmánya részletezi az október és november hónapokban történt két gravitációs hullám esemény detektálását, melyek különleges fekete lyuk forgásokat mutattak. A LIGO-Virgo-KAGRA nemzetközi együttműködés által felfedezett hullámok olyan téridő-ráncok, amelyek mélyűri katasztrofális eseményekből származnak, leginkább fekete lyukak összeütközéséből.
Az első esemény: GW241011 – egy gyorsan forgó óriás
Az első detektált összeolvadás, GW241011, 2024. október 11-én történt, mintegy 700 millió fényév távolságban. Ebben az eseményben két fekete lyuk ütközött össze: az egyik körülbelül 20-szoros, míg a másik hatszoros tömegű volt a Naphoz képest. Különösen figyelemre méltó, hogy a nagyobb fekete lyuk az eddig megfigyelt leggyorsabban forgók közé tartozik.
A második esemény: GW241110 – szokatlan forgásirány
Közel egy hónappal később, 2024. november 10-én észlelték a GW241110 jelű eseményt, amely körülbelül 2,4 milliárd fényév távolságban zajlott le. Ebben az esetben két fekete lyuk olvadt össze, amelyek tömege nagyjából 17 és 8-szorosa volt a Napénak. Érdekességként megjegyzendő, hogy míg a legtöbb ismert fekete lyuk forgása megegyezik pályájuk irányával, a GW241110 elsődleges fekete lyuka ellenkező irányban forgott – ez az első ilyen megfigyelés.
LIGO fejlesztések és pontosabb mérések
Joe Giaime, a Caltech LIGO Livingston Obszervatóriumának vezetője elmondta, hogy a LIGO detektorain végzett fejlesztések lehetővé tették az események jeleinek rendkívül pontos mérését. Ez tette lehetővé olyan finom részletek feltárását, amelyek nélkülözhetetlenek voltak a GW241011 és GW241110 alapos tanulmányozásához.
“A jobb érzékenység nemcsak több jel detektálását teszi lehetővé, hanem mélyebb megértést is ad az általunk felfedezett jelekről” – hangsúlyozta Giaime.
A fekete lyukak eredetének új megvilágítása: hierarchikus összeolvadások
A LIGO-Virgo-KAGRA kutatói szerint mindkét esemény azért különösen érdekes, mert mindegyikben egy fekete lyuk jelentősen nagyobb tömegű és gyorsan forgó volt. Stephen Fairhurst, a Cardiff Egyetem professzora és a LIGO Tudományos Együttműködés szóvivője szerint ez arra utalhat, hogy ezek a fekete lyukak korábbi összeolvadásokból származnak.
A kutatók több bizonyítékot is felhoznak ennek alátámasztására:
- a fekete lyukak közötti méretkülönbség – a nagyobb közel kétszer akkora volt, mint a kisebb;
- a nagyobb fekete lyukak forgási irányának szokatlan orientációja mindkét esetben.
Ezeket a jellegzetességeket leginkább az magyarázza, hogy az érintett fekete lyukak már korábban is összeolvadtak más fekete lyukakkal. Ezt a folyamatot hierarchikus összeolvadásnak nevezik, amely feltételezi, hogy ezek a rendszerek sűrű környezetben jöttek létre – például csillaghalmazokban –, ahol nagyobb eséllyel találkoznak egymással és olvadnak össze ismételten.
Alapvető fizikai törvények igazolása és új részecskék keresése
A fúziókból származó adatok páratlan pontossággal igazolják Albert Einstein több mint száz évvel ezelőtt megjósolt alapvető fizikai törvényeit. Emellett elősegítik az új, még ismeretlen elemi részecskék kutatását is, amelyek képesek lehetnek energiát kinyerni a fekete lyukakból.
A tanulmány részletei és támogatói háttér
A kutatás eredményeit bemutató tanulmány címe: “GW241011 and GW241110: Exploring Binary Formation and Fundamental Physics with Asymmetric, High-Spin Black Hole Coalescences”. A LIGO projektet az Amerikai Nemzeti Tudományos Alap (NSF) finanszírozza, amelyet a Caltech és az MIT működtetnek – ezek az intézmények álmodták meg és építették fel a detektorokat.
A fejlett LIGO projekt támogatását vezető szereppel látja el az NSF mellett Németország (Max Planck Társaság), az Egyesült Királyság (Science and Technology Facilities Council) és Ausztrália (Australian Research Council). Több mint 1600 tudós vesz részt világszerte ebben az együttműködésben a LIGO Tudományos Együttműködés keretében, amely magában foglalja a GEO Collaboration tagjait is.
Összegzés
A 2024-ben detektált két távoli fekete lyuk összeolvadás nemcsak lenyűgöző kozmikus eseményeket tár fel előttünk, hanem mélyebb betekintést nyújt abba is, hogyan alakulhatnak ki ezek az extrém objektumok hierarchikus módon ismétlődő ütközések során. A fejlett detektorokkal végzett precíz mérések tovább erősítik Einstein relativitáselméletének alapjait és nyitják meg az utat új fizikai jelenségek felfedezése előtt.