A most észlelt gravitációs hullámok tanúsága szerint a galaxisunk szívében lévő fekete lyuk zuhanórepülésben van, és Tejútrendszerünk össze fog ütközni a szomszédos Androméda-galaxissal.
A galaxisok középpontjában lévő szupermasszív fekete lyukak az univerzumban mindenütt összeolvadnak, és végül a mi galaxisunk középpontjában lévő fekete lyuknak is ez lesz a végzete − írta meg a The Wall Street Journal.
Ezek a titokzatos kozmikus struktúrák szinte minden galaxis szívében magukba szívják a fényt és az anyagot, és a hagyományos távcsövekkel lehetetlen megpillantani őket.
Most azonban az asztrofizikusok először gyűjtöttek közvetlenül ismereteket ezekről az objektumokról, a térben és időben hullámzó gravitációs hullámok formájában. Amit megtudtak, arra enged következtetni, hogy az összeolvadó masszív feketelyuk-párok populációja több százezer − talán több millió − lehet.
Az összeolvadásokból származó gravitációs hullámok mind hozzájárulnak a világegyetem morajlásához, amelyet a kutatók a Földről is érzékelhetnek; ezek rendkívül alacsony frekvenciájú gravitációs hullámok.
A több mint száz tudós együttműködésével készült vizsgálat eredményei megerősítik, hogy mi fog történni egy napon a galaxisunk középpontjában lévő, Sagittarius A* néven ismert szupermasszív fekete lyukkal, amikor az összeütközik az Androméda-galaxis szívében lévő társával.
A Tejútrendszer ütközési pályán van az Androméda-galaxissal, és körülbelül 4,5 milliárd év múlva a két galaxis össze fog olvadni
− mondta Joseph Simon, a University of Colorado, Boulder asztrofizikusa, a Gravitációs Hullámok Észak-Amerikai Nanohertz Obszervatóriumának (Nanograv) tagja, aki a National Science Foundation támogatásával segítette a munka vezetését.
Elmondása szerint ez az egybeolvadás végül azt fogja eredményezni, hogy az Andromeda és a Sagittarius A* középpontjában lévő fekete lyuk az újonnan egyesült galaxis középpontjába kerül, és egy úgynevezett kettős rendszert alkotnak. Az eredményeket az Astrophysical Journal Letters című folyóiratban szerdán megjelent tanulmánysorozatban jelentették be.
Eddig azt sem tudtuk, hogy a szupermasszív fekete lyukak összeolvadnak-e, most pedig bizonyítékunk van arra, hogy több százezer fekete lyuk olvad össze
− mondta Chiara Mingarelli, a Yale Egyetem asztrofizikusa, a Nanograv munkatársa.
Az új vizsgálat olyan kérdésekre adhat választ, mint például: hogyan nőnek ezek a fekete lyukak, és milyen gyakran egyesülnek a gazdagalaxisok.
„Ezek a világegyetemünk legőrültebb objektumai” − mondta Masha Baryakhtar, a seattle-i Washingtoni Egyetem fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban. „Még nincs konszenzus arról, hogy hogyan lesznek ilyen nagyok.”
Ha a tudósok többet tudnak meg az összeolvadó szupermasszív fekete lyukak történetéről, akkor az segíthet felfedni, hogyan alakulnak ki azok egyáltalán − mondta Baryakhtar.
Minden tömeggel rendelkező, mozgó objektum kelt gravitációs hullámokat − amelyek valójában a téridő torzulásai −, amelyeket Albert Einstein jósolt meg elméletileg 1916-ban, de csak nagyjából 100 évvel később észleltek.
2015-ben a tudósok a földi Lézer Interferométeres Gravitációs Hullám Obszervatóriummal (LIGO) kimutatták, hogy a kisebb tömegű fekete lyukak közötti összeolvadásból származó rövid, nagyfrekvenciás gravitációs hullámok hogyan rázzák meg a Földet. Ezek a rázkódások kisebbek, mint egyetlen szubatomi részecske szélessége.
A kísérlet résztvevői eredményükért Nobel-díjat kaptak.
Sarah Vigeland, a Wisconsin-Milwaukee-i Egyetem fizikusa szerint, aki a Nanograv gravitációs hullámok kutatását felügyeli, a LIGO képes az ütköző objektumokból, például neutroncsillagokból származó, rövid időskálán változó hullámok mérésére.
Kapunk egy gravitációs hullámkitörést, aztán vége
− mondta.
Az obszervatórium nem képes észlelni az alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokat, amelyek hosszabb időskálán − hónapoktól évtizedekig terjedő nagyságrendben − változnak, és nagyobb tömegű objektumokból származnak.
Ezért a Nanograv csoport egy nemzetközi konzorcium részeként, amelyhez hasonló munkát végző európai, ázsiai és ausztrál csoportok is tartoznak, úgy döntött, hogy más módszerrel mérik ezeket a téridő-hullámokat: nyomon követik, hogyan zavarják meg a pulzároknak nevezett csillagmaradványok által kibocsátott rádióhullámokat.
A Columbia Egyetem asztrofizikusa, Slavko Bogdanov szerint – aki nem vett részt a munkában – a pulzárok gyakorlatilag olyanok, mint a kozmikus órák. Ezek halott csillagok maradványai, amelyek másodpercenként több száz fordulatot tesznek meg, és rendszeres időközönként rádióhullámokat bocsátanak ki, amelyek a földi rádióteleszkópokkal észlelhetők.
Mivel ezeknek a rádióhullám-impulzusoknak a rendszeressége nagy pontossággal kiszámítható, a Földre érkezésükben mutatkozó bármilyen eltérés – akár csupán egy kicsit késik, akár egy kicsit korábban érkezik – a gravitációs hullámok hatásának tulajdonítható, ezek erőssége és forrása pedig kiszámítható.
Vigeland elmondta, hogy a Nanograv csoport 15 éven át figyelte a galaxisunkban lévő pulzárokból származó rádióhullámok időzítését a Puerto Ricó-i Arecibo Obszervatórium, a nyugat-virginiai Green Bank Teleszkóp és az új-mexikói Very Large Array segítségével.
„Rendszeresen, körülbelül havonta egyszer figyeljük a pulzárainkat” − mondta, hozzátéve, hogy az eredmények 68 pulzár adatait tartalmazzák.
Bár 15 év hosszú időnek tűnhet az adatgyűjtés szempontjából, Simon szerint ez az időtartam szükséges a szupermasszív fekete lyukakból érkező lassú gravitációs hullámok méréséhez. A szakértő szerint az ilyen óraműszerű forgó csillagokból érkező impulzusok érkezési ideje egy évtized alatt csak néhány százmilliárdod másodperccel változik.
Bogdanov szerint további pulzárok megtalálása és hozzáadása az adatgyűjteményhez elengedhetetlen lenne ahhoz, hogy javuljon az érzékenység a hasonló gravitációs hullámok észlelésében.
Julie Comerford, a boulderi Coloradói Egyetem asztrofizikusa és a Nanograv egyik tagja szerint az univerzumban még mindig vannak olyan gravitációs hullámokat kibocsátó dolgok, amelyeket nem észleltek. Szerinte az egyik ilyen egyéb forrás a téridő ősrobbanásból származó fodrozódása lehet.
Közel 14 milliárd évvel ezelőtt a korai világegyetemnek sok görbülete volt, kicsit olyan, mint egy összegyűrt takaró − mondta Comerford −, mielőtt fénysebességgel vagy annál gyorsabban tágult, majd szétterült és kisimult.