Tömegrés

A csillagászokat hosszú ideje foglalkoztatja a 2,5–5 naptömegű égitestek megfigyelésének hiánya. Ezt a titokzatos területet „tömegrésnek” hívják, ahol egy égitest látszólag túl könnyű ahhoz, hogy fekete lyuk, és túl nehéz ahhoz, hogy neutroncsillag legyen. Neutroncsillag és fekete lyuk is akkor alakul ki, ha egy nagy tömegű csillag elfogyasztja nukleáris üzemanyagát, és szupernóvává válik. A keletkező égitest jellegét az határozza meg, hogy a csillag magjának mekkora része marad meg a robbanás után. A könnyebb magokból neutroncsillagok keletkeznek, míg a nehezebbekből fekete lyukak alakulnak ki. 

Tömegrés

Egyedül a gravitációs hullámjel alapján, amit 2019 augusztusában észleltek a Földön, még nem lehet eldönteni, hogy az új égitest fekete lyuk vagy neutroncsillag, ez továbbra is rejtély marad. A kutatókat hosszú ideje foglalkoztatja az a kérdés, hogy vajon tényleg létezik-e tömegrés az említett mérettartományban, és amennyiben igen, mi ennek az oka. Az Advanced Virgo detektort Olaszországban, Pisa közelében üzemeltető Európai Gravitációs Obszervatórium (EGO), és az Egyesült Államokban található két Advanced LIGO detektor csillagászai mindenesetre most bejelentették, hogy

A körülbelül 2,6 naptömegű égitestet felfedezése megkérdőjelezheti a tömegrés létezését.

A nagyjából 800 millió évvel ezelőtti ütközés nyomán egy 25 naptömegű fekete lyuk alakult ki. Az új égitest neve az észlelés dátumából lett GW190814. „A gravitációshullám-megfigyelések ismét újabb ismeretlen területeket fednek fel. A megfigyelt rendszer könnyebb komponensének akkora a tömege, amekkorát eddig még nem figyeltek meg”- mondta el Giovanni Losurdo, az olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intzézet (INFN) kutatója, a Virgo együttműködés szóvivője.

„Ez egy új felfedezés, ami új kérdéseket vet fel. Mik a fő jellemzői? Hogyan alakult ki egy ilyen kettős rendszer? A Virgo, a LIGO, és a hamarosan csatlakozó japán Kagra továbbra is keresi a válaszokat, és tovább bővíti ismereteinket a világegyetemről, amiben élünk.”

Különleges tömegarány

A megfigyelt esemény egy másik érdekessége, hogy az összeütköző égitestek tömegaránya is különleges az eddig megfigyelt kettős rendszerek között. A nagyobb tömegű égitest körülbelül 9-szer volt nehezebb, mint kisebb társa.

„Egy ilyen új eseményosztály felfedezése mind az elméleti modellek, mind az elemző eszközök határait tágítja” - mondta Ed Porter a CNRS kutatója, a LIGO-Virgo együttműködés kompakt kettős rendszerek összeütközését elemző csoportjának társelnöke.

„Noha még mindig nem tudunk sokat erről a rendszerről, az a tény, hogy olyan jellegzetes rendszereket észlelhetünk, mint például a GW190814, a tudomány története során először teszi a gravitációshullám-csillagászatot ilyen izgalmassá.”

Amikor a LIGO és a Virgo kutatói észlelték az összeütközést, azonnal riasztást küldtek a csillagász közösségnek. Számos földi és űrtávcső kezdett azonnal a fényjel és más elektromágneses hullámok keresésébe, de a 2017 augusztusában a sokcsatornás csillagászat megszületését eredményező híres neutroncsillag összeütközéssel ellentétben, most egyikük sem észlelt jeleket. 

Minek nevezzelek?

A Virgo és a LIGO kutatói szerint a 2019 augusztusi esemény elektromágneses hullámok általi érzékelhetetlenségének oka egyrészt az, hogy hatszor távolabb volt, mint a GW170817, így nehezebb a fényjelek észlelése.

Másrészt, ha valójában két fekete lyuk ütközött össze, akkor valószínűleg nem bocsátottak ki elektromágneses jeleket sem.

Továbbá, ha a rendszerben lévő kisebb égitest valójában egy neutroncsillag volt, akkor a kilencszer nehezebb fekete lyuk partnere egészben nyelhette el, és egy neutroncsillag, amit egy fekete lyuk elnyel, nem bocsát ki fényt.

Pac-Mannek?

„A Pac-Man jut eszembe, ahogy egy kis háromszöget fal fel” - mondja Vicky Kalogera a LIGO együttműködés kutatója, a Northwestern University professzora. „Ha a tömegek erősen aszimmetrikusak, akkor a kisebb neutroncsillagok egy harapással felfalhatók.”

„Nehéz megmagyarázni, hogy hogyan alakult ki az észlelt kettős rendszer. Az égitestek tömege és tömegarányuk egyedi kombinációja ellentmond minden jelenlegi asztrofizikai modellnek”- magyarázza Mario Spera a Padovai Egyetem és a Northwestern University kutatója. 

„Azt feltételezzük, hogy bizonyos asztrofizikai környezetekben, mint például sűrű és fiatal csillaghalmazokban és aktív galaxismagokban megnőhet az ilyen szélsőséges tömegarányú összeütközések száma. Amit viszont biztosan tudunk, az az, hogy a kompakt égitestek kialakulásáról és fejlődéséről szóló tudásunk még hiányos, és valószínűleg felül kell vizsgálnunk a kompakt csillagok kialakulásának jelenlegi elméleteit. ” A felfedezést nemrég tették közzé az Astrophysical Journal Letters folyóiratban.

(Forrás: VIRGO, LIGO Képek: NASA)