Az univerzum végtelen szövetén rejlő torzulások mérése során tudósok egy eddig soha nem látott méretű feketelyuk-összeolvadás nyomaira bukkantak.

Magyar kutatók is részt vettek a kutatásban, aminek során az eddigi legnagyobb feketelyuk-összeolvadást fedezték fel.

Az Egyesült Államok területén található LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), amelyet a Caltech és az MIT működtet, a világ legnagyobb gravitációshullám-detektora. Két különálló interferométerével, amelyek egymástól 3000 kilométerre helyezkednek el, képes észlelni az univerzum legdrámaibb és legintenzívebb eseményeiből származó jeleket. A gravitációs hullámok a téridő finom rezgései, amelyek akkor keletkeznek, amikor egy fizikai objektum gyorsulásba kezd. Számos égi jelenség generálhat gravitációs hullámokat, de ahhoz, hogy ezeket a detektorok érzékelni tudják, rendkívül energikus kozmikus események, például két fekete lyuk vagy neutroncsillag összeolvadása szükséges. Az ilyenkor keletkező hullámok fénysebességgel terjednek az űrben, és minden akadályon átjutnak, azonban idővel és távolsággal csökken az intenzitásuk.

Az első gravitációs hullámok felfedezése 2015-re datálható, amikor a LIGO berendezés sikeresen észlelte két fekete lyuk összeolvadásának nyomait. Ez az esemény egy lenyűgöző, 62 naptömegű fekete lyuk születését eredményezte, amely új dimenziókat nyitott a csillagászat és a gravitációs hullámok tanulmányozása terén.

Az utóbbi évek során jelentős növekedés tapasztalható a gravitációs hullámok észlelésében, amelyhez a LIGO, az olaszországi Virgo és a japán KAGRA együttműködése révén több száz új felfedezés járult hozzá. Különösen figyelemre méltó volt a 2021-ben észlelt jelek, amelyek egy hatalmas feketelyuk-összeolvadásból származtak, eredményeként pedig egy 140 naptömegű fekete lyuk keletkezett.

Az LVK Együttműködés – amely a LIGO, a Virgo és a KAGRA kutatócsoportok összefogásával jött létre – most egy újabb mérföldkövet ért el az űrkutatás történetében. A csapat sikeresen észlelte egy 225 naptömegű fekete lyuk keletkezését eredményező feketelyuk-összeolvadást, ezzel megdöntve a korábbi rekordokat.

A GW231123 jelölésű esemény 2023-ban zajlott le az LVK hálózat negyedik megfigyelési ciklusa alatt, és a kutatók előtt komoly kihívásokat állított. Az esemény különlegessége abban rejlik, hogy a felfedezett feketelyuk-páros, melynek tagjai egyenként 100 és 140 naptömegűek, a csillagfejlődés standard modelljei szerint nem létezhetne. Bár léteznek ennél nagyobb fekete lyukak is, amelyek akár több milliárd naptömegűek is lehetnek, a mostani esemény résztvevői eltérnek tőlük, hiszen a szupermasszív fekete lyukak általában a galaxisok középpontjában találhatóak. Mark Hannam, az LVK Együttműködés tagja, így fogalmazott: "Az ilyen óriási tömegű fekete lyukak nem illeszkednek a csillagfejlődés elméleteibe." Szerinte egy lehetséges magyarázat az, hogy a bináris rendszer tagjai korábbi kisebb fekete lyukak összeolvadásából származnak.

Az LVK Együttműködés keretein belül 2007 óta aktívan részt vesznek magyar kutatók az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai és Csillagászati Intézetéből, ezzel is hozzájárulva a felfedezéshez, amelynek magyar vonatkozásai is vannak. Frei Zsolt, az ELTE fizikusa, a legújabb felfedezés kapcsán kifejtette, hogy a különleges esemény értelmezése a szokatlan paraméterek következtében rendkívül összetett feladatot fog jelenteni.

Érdekes feladat elé állít minket annak megfejtése, hogyan jöhetett létre egy közepes tömegű fekete lyuk ennyi idő alatt a kisebb fekete lyukak összeolvadásából, és miért forog ennyire nagy sebességgel.

- magyarázta a fizikus. A fekete lyuk, amit az összeolvadás hozott létre, ugyanis nem csak óriási, hanem nagyon gyorsan forog az adatok szerint, akárcsak a GW231123 eseményben részt vevő fekete lyukak - forgásuk megközelíti a határát annak a sebességnek, amit Einstein általános relativitáselmélete még megenged. "Évekbe telik majd a közösségnek, hogy teljes mértékben megfejtsék a jelek komplikált mintázatát és a jelentőségüket." - véli Gregorio Carullo, a Birminghami Egyetem fizikusa.

Az ELTE beszámolója szerint az LVK Együttműködés negyedik megfigyelési időszaka 2023 májusában kezdődött, és az első fél év további megfigyeléseit (2024 januárjáig) a nyár folyamán teszik közzé. Frei Zsolt elmondása szerint a negyedik megfigyelési időszak, ami az eddigi leghosszabb és legérzékenyebb is egyben, nyáron ért volna véget, de a programot november végig meghosszabbították a Vera C. Rubin Obszervatórium miatt. A világ legnagyobb csillagászati kamerájával felszerelt Vera C. Rubin Obszervatórium Legacy Survey of Space and Time (LSST) programjának keretében tíz éven át készítenek majd színes, nagy felbontású, időbeli változásokat is követő felvételeket az univerzumról, a kollaboráció tagjai pedig úgy gondolták, hasznos lenne, ha a két obszervatórium együtt is működhetne, mielőtt a LIGO detektorait több évre leállítják fejlesztési céllal.