Magyar kutatók segítségével jöttek rá a gravitációs hullámok és fekete lyukak egyik nagy rejtélyére
2022. március 11. – 09:51
Korábbi ELTE-s kutatók közreműködésével egy 9 fős nemzetközi kollaboráció magyarázatot talált az eddigi legfurcsább gravitációshullám-forrás eredetére, ami a fekete lyukak elliptikus ütközésére utal, áll a Telexhez eljuttatott közleményben, melyet az egyik magyar közreműködő, Kocsis Bence, az Oxford professzora jegyez.
A rejtély 2019-ig nyúlik vissza, amikor a LIGO-Virgo gravitációshullám detektorok egy váratlan gravitációshullám-forrást észleltek: a GW190521 nevű esemény egy olyan fekete lyuk ütközés volt, amiben a résztvevő fekete lyukak nehezebbek voltak, mint amit előzőleg a kutatók egyáltalán lehetségesnek tartottak.
A fekete lyukak nemcsak nagy tömegükkel, szokatlanul gyors forgási sebességükkel tértek el a többi ütközéstől, de a kutatók meglepve látták, hogy a fekete lyukak nem körpályán keringtek az ütközés előtt, hanem szinte frontálisan ütköztek egymásnak. Ez azért furcsa, mert a sugárzó fekete lyukak pályája viszonylag gyorsan kör alakúvá válik a gravitációshullámok miatt, jóval az összeütközésük előtt.
Arra a kérdésre kellett tehát keresni a választ, hogy egy amúgy is kivételes fekete lyuk ütközés miért történhetett pont egy ilyen ellipszis alakú pályán?
Ezt fejtették most meg: a lehetséges válasz olyan galaxisok központjában rejlik, aminek a közepén egy óriási, a napnál több milliószor nehezebb fekete lyuk található, és ami körül örvénylik egy lapos korong alakú gázfelhő, amely kétdimenziós környezetnek felel meg.
A gáz hatására a fekete lyukak eloszlása szinte kétdimenzióssá válik és befelé vándorolnak, „majd a véletlen közeli elhaladások során, gáz disszipáció révén, a fekete lyukak szoros kettősöket formálhatnak. Ezen objektumok gyakran összetalálkoznak egy harmadik fekete lyukkal kaotikus táncot járva”, áll a közleményben.
A korongban a sok kisebb fekete lyuk olyan nagy sebességgel mozog, hogy a gravitációs kölcsönhatásuk révén a fekete lyukak billiárdgolyókhoz hasonlóan pattognak egymás között. „Ilyen körülmények között kör alakú kettősök nem létezhetnek”, írta a Telexnek Kocsis Bence.
Az új kutatás, amely a Nature folyóiratban is megjelent, megmutatja tehát, hogy ilyen elliptikus pályák sűrű, lapos, korongszerű gázfelhőkben gyakoriak olyan régiókban, amik a galaxisok közepén található óriási fekete lyukak körül gyűjtik össze a kisebb fekete lyukakat, összegeznek a kutatók.
A kutatásban három magyar vett részt: Bartos Imre (Floridai Egyetem, az ELTE volt hallgatója), Haiman Zoltán (Columbia Egyetem, New York, korábban az ELTE Békésy György ösztöndíjasa) és Kocsis Bence (Oxford Egyetem, az ELTE korábbi hallgatója és adjunktusa, jelenleg is külsős témavezetője).
A lapos gázfelhők elmélete az excentricitáson túl automatikusan megmagyarázza a GW190521 ütközés két másik meglepő tulajdonságát is. A nagy fekete lyuk tömeg annak az eredménye, hogy a sok kisebb fekete lyuk a gázfelhőbe zsúfolva többszörös ütközést szenved, minden ütközéssel tovább növelve a létrejövő fekete lyuk tömegét. Ezek az egymást követő ütközések a fekete lyukak forgását is felgyorsítják.
A kutatók szerint a GW190521 forráshoz hasonló fekete lyuk ütközések új módszert nyitnak a gázfelhők vizsgálatára, és a kutatást tovább kell folytatni, ami szerintük további váratlan felfedezésekhez vezethet.