Tudomány

Végre észleltek egy fekete lyuk-neutron csillag ütközést

Tavaly januárban a csillagászok első alkalommal végérvényesen megfigyelték a fekete lyuk lenyelni egy holt csillagot, mint egy holló, amely emészt fel úttestet.

Tíz nappal később azt látták, hogy a kozmosz egy másik, távoli szektorában ugyanaz a szemetelés ismétlődik.

Ezek a diadalok, amelyekről az Astrophysical Journal Letters kedden megjelent cikkében beszámoltak, a legújabbak a gravitációs csillagászat még mindig kialakulóban lévő területén, amely az univerzum legkataklizmikusabb eseményei által okozott téridő szó szerinti megnyúlását és csorbulását észleli. .

“Ez az első alkalom, hogy valóban észlelhettünk egy neutroncsillagot és egy fekete lyukat, amelyek ütköznek egymással az univerzum bármely pontján” – mondta Patrick Brady, a Wisconsin-Milwaukee Egyetem fizika professzora, aki a LIGO tudományos együttműködésének szóvivője.

A csillagászok azt gyanították, hogy léteznek fekete lyukak és neutroncsillagok. De amíg nem látták ezeket az ütközéseket, ezek a sejtelmek nem erősödtek meg. A felfedezés segít kitölteni az univerzumot benépesítő bináris csillagrendszerekkel kapcsolatos ismereteket, ugyanakkor kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban is, hogy miért nem láttak még ilyen csillagot a csillagászok a Tejút-galaxisunkban.

Több mint 20 éve a LIGO – Lézeres Interferométer Gravitációs-Hullám Obszervatórium – keresi ezeket a dübörgéseket, Einstein általános relativitáselmélete. Évek óta a csillagvizsgáló lézersugarai, az egyik a washingtoni Hanfordban, a másik a La Livingston-ban nem észleltek semmit.

Aztán 2015 szeptemberében a LIGO mindkét helyszíne megfigyelte a gravitációs hullámok régóta keresett csengését.

Ezeket a hullámokat két csillagméretű fekete lyuk ütközése generálta – a tér-idő szövetben keletkezett defektek akkor keletkeztek, amikor a legnagyobb tömegű csillagok szupernovaként robbantak fel életük végén. A két fekete lyuk keringett egymás körül, egyre közelebb lendült egymás körül, míg végül egybe olvadtak.

Két évvel később a LIGO észlelte két neutroncsillag ütközése – a csillagok kiégett maradványai, amelyek hatalmasabbak, mint a nap, de nem elég nagyok ahhoz, hogy fekete lyukakká omlanak össze. Ilyen ütközések hozzák létre az univerzum aranyának és ezüstjének nagy részét, és egy sor távcső képes volt detektálni a fényrészecskéket a rádióhullámoktól a röntgensugarakig, amelyek e robbanásból erednek.

A csillagászok már régóta számítottak arra, hogy találnak egy fekete lyuk körül keringő neutroncsillagot, de a Tejútrendszer galaxisunk közel fél évszázados keresése során soha nem találtak ilyet. “Tehát tulajdonképpen ez a rejtélyes kérdésünk volt” – mondta Dr. Brady. – Miért nem láttunk neutron csillag-fekete lyuk rendszert?

Az új gravitációs hullám-megfigyelések bizonyítják, hogy ezek a párok léteznek, bár messze vannak a Tejútról. A fekete lyukkal összeolvadó neutroncsillag első észlelése 2020. január 5-én történt. A washingtoni Hanfordban lévő létesítmény ideiglenesen offline volt, így a jelet a La Livingstonban észlelték. Hasonló, de kisebb detektor Olaszországban A SZŰZ halvány jelet észlelt, megerősítést biztosítva.

A gravitációs hullámok gyakoriságának változásainak tanulmányozásával az asztrofizikusok meghatározhatták az univerzum távoli pontjaiban ütköző tárgyak tulajdonságait.

A fekete lyuk 7,4 és 10,1-szerese volt a nap tömegének; a neutroncsillag kisebb volt, de ennek ellenére a világunk körüli csillag tömege körülbelül kétszerese. Az ütközés a Földtől mintegy 900 milliárd fényév távolságban történt.

2020. január 15-én a hanfordi helyszín visszaállt, és mindhárom műszer egy fekete lyuk és egy neutroncsillag második ütközését észlelte. Ez egy kicsit távolabb volt, talán 1,5 milliárd fényévnyire a Földtől. Mindkét tárgy valamivel könnyebb volt. A neutroncsillag körülbelül 1,5-szerese volt a nap tömegének, a fekete lyuk pedig 3,6 és 7,5-szerese volt a nap tömegének.

Két neutroncsillag 2017-es ütközésétől eltérően a távcsövek nem tudták észrevenni a robbanásokból származó fényrészecskéket. Úgy tűnik, hogy a fekete lyukak elég nagyok ahhoz, hogy gyorsan lenyeljék a neutroncsillagokat, csökkentve ezzel a kimutatható emisszió esélyét.

Alessandra Buonanno, a németországi potsdami Max Planck Gravitációs Fizikai Intézet igazgatója és a LIGO tudományos csapatának tagja szerint az ütközések általában megfelelnek annak, amit vártak rájuk. – Nem olyasmi, amit feltűnően váratlanul mondana – mondta a nő.

Az asztrofizikusok képtelenek voltak kikezdeni a neutroncsillagokat széttépő fekete lyukak jeleit, mielőtt lenyelték volna őket. A neutroncsillagon lévő fekete lyuk árapályerei megmondanák a neutroncsillag átmérőjét, és ez pedig azt jelezné, miből áll.

De minél több ilyen ütközést észlelnek, mintázatok jelennek meg, és nő a további részletek megismerésének esélye.

“Ha talált egy rendszert, amelyben a fekete lyuk valamivel kisebb volt, akkor az árapályhatások nagyobbak a neutroncsillagon, mielőtt az összeolvadna a fekete lyukkal” – mondta Dr. Brady. – És így felapríthatja a neutroncsillagot, ahogy az utóbbi néhány pályán körbejár.

Dr. Brady szerint a fennmaradó kérdések egyike az volt, hogy miért nem találtak fekete lyuk-neutron párokat a Tejútrendszeren belül. Lehetséges, hogy a keresési technikák nem voltak teljesen helyesek, vagy a párok gyorsan összeolvadnak, és nincsenek már hátra galaxisunkban. “Ez valóban egyfajta nyitott kérdés” – mondta.

A VIRGO frissítéseken megy keresztül, amelyek növelik érzékenységét. A LIGO és a VIRGO következő megfigyelési fordulója a tervek szerint legkorábban jövő év júniusában kezdődik. A harmadik gravitációs hullámérzékelő Japánban online állapotban van, Indiában pedig egy másik LIGO műszert terveznek.