Ma tették közzé annak a 39 eseménynek az osztályozását és végleges elemzését az ArXiv online archívumban, melyeket a harmadik megfigyelési időszakban (2019 áprilisától októberig tartó) a Virgo és a LIGO észleltek. Ezek többségét feketelyuk-összeolvadások teszik ki, amelyek közül azonban egyes források fizikai jellemzői megkérdőjeleznek néhány széles körben elfogadott asztrofizikai modellt és új magyarázatokat sugallanak. Ugyanebben az időszakban neutroncsillagok és két valószínűleg „vegyes” neutroncsillag–feketelyuk-kettős rendszer ütközését is kimutatták – írja a Wigner Fizikai Kutatóintézet weboldala.
A Virgo Együttműködés és a LIGO Tudományos Együttműködés kutatóinak egy éves munkájára és komplex elemzésére volt szükség ahhoz, hogy befejezzék az összes gravitációshullám-jel tanulmányozását, amelyeket az Európai Gravitációs Obszervatórium által Olaszországban működtetett Virgo interferométer, és a két Egyesült Államokban üzemelő LIGO detektor rögzített 2019. április 1. és október 1. között, az úgynevezett „O3a” adatgyűjtési időszakban. Az események között szerepelt 36 összeolvadó feketelyuk-kettős, egy valószínűsíthető neutroncsillag-kettős összeolvadás, és két feltételezhetően „vegyes” rendszer, amelyek egy fekete lyukból és egy neutroncsillagból álltak. Ezek közül négy „kivételes esemény” felfedezését már bejelentették, de a ma kiadott katalógus első ízben nyújt teljes képet a rendkívül nagyszámú megfigyelt gravitációshullám-jelről és azok forrásairól. A katalógus nagyon sok, a fekete lyukak fizikájára vonatkozó adatot és megfigyelést tartalmaz, ami
„A 2017. augusztusban véget érő O2 megfigyelési időszak óta sok erőfeszítés történt annak érdekében, hogy a Virgo érzékenységét a teljes frekvenciatartományban növeljék a detektor számos műszaki komponensének és különböző részeinek korszerűsítésével” – mondta Ilaria Nardecchia, a római Tor Vergata Egyetem kutatója és a Virgo Együttműködés tagja. –„Learattuk a munkánk gyümölcsét, mert megdupláztuk a detektor érzékenységét!”
A három detektor érzékenysége valóban jelentősen megnőtt 2017. szeptembere és 2019. áprilisa között. Ez például ahhoz vezetett, hogy a Virgo képessé vált az Univerzumból majdnem tízszer nagyobb térfogatot megfigyelni, mint az előző megfigyelési időszak (O2) során.
„Az Advanced Virgo és LIGO megfigyelései felülmúlták a várakozásokat. Amellett, hogy az Univerzum megfigyelésének történetében új és izgalmas szakaszba léptünk, olyan eseményeket látunk, amelyeknek a megfigyelési bizonyítékai vagy hiányoztak eddig, vagy túlmutatnak a csillagfejlődés jelenlegi ismeretein.” – mondta Ed Porter, a CNRS francia állami kutatóhálózat párizsi APC Laboratóriumának (AstroParticule & Cosmologie) tudományos főmunkatársa és a Virgo Együttműködés tagja.
Alig öt évvel a gravitációs hullámok első észlelése után azt mondhatjuk, hogy a gravitációs csillagászat megfogható valósággá vált.
A gravitációs jelek észlelése lehetővé teszi számunkra, hogy alaposan megfigyeljük a fekete lyukak és a neutroncsillagok rendkívüli összeolvadásának dinamikáját, amik több naptömegnek megfelelő energiát sugároznak szét gravitációs hullámok formájában. Mint ezelőtt soha, ezek a folyamatok lehetővé teszik a fekete lyukak fizikájának és az ezeket létrehozó kozmikus jelenségeknek, sőt a legnagyobb feketelyuk-populációk jellemzőinek tanulmányozását is. Valójában az új katalógus eredményei komoly kérdéseket vetnek fel néhány olyan asztrofizikai forgatókönyvvel és a modellek érvényességével kapcsolatban, amelyek eddig a leghitelesebbnek tűntek.
Főleg az O3a katalógusban bemutatott fekete lyukak tömegei kérdőjelezik meg a feketelyuk-populációk tömegtartományára vonatkozó különböző elméleti és megfigyelési korlátokat. Néhány megfigyelés például kompakt csillagok jelenlétét jelzi (amelyek lehetnek fekete lyukak vagy neutroncsillagok) a csillagászok által eddig megfigyelt legnehezebb neutroncsillagok és legkönnyebb fekete lyukak közötti tartományban. Ez a tartomány tehát szűkülhet, vagy akár el is tűnhet. Néhány megfigyelt fekete lyuk tömege a 65 és 120 naptömeg közé, a csillagfejlődési modellek által tiltott tartományba esik. A modellek alapján, egy bizonyos határon túl, a nagyon nagy tömegű csillagokat a szupernóva-robbanás teljesen szétszakítja a pár-instabilitásának nevezett folyamat következtében, és csak gáz és kozmikus por marad utánuk. A fekete lyukak megléte a pár-instabilitás által tiltott tartományban más kialakulási mechanizmusokra utal, például kisebb fekete lyukak összeolvadására, vagy hatalmas csillagok ütközésére, de jelezheti azt is, hogy felül kell vizsgálni a csillagok életének utolsó szakaszára vonatkozó leírásokat.
Az O3a katalógus kiadása egy bonyolult, több fázisból álló munka befejezése, amely a detektorok kalibrálását, az adatok jellemzését és elemzését is tartalmazza. Az egyes megfigyelési időszakok katalógusai csak a végleges, hitelesített adatkészlet elkészülése után jelennek meg, lehetővé téve a feketelyuk- és neutroncsillag-ütközések fizikai paramétereinek (például távolság, tömeg és forgás) meghatározását, valamint egy biztos becslést a hibahatárokról. A legfrissebb katalógusban bemutatott 39 esemény közül 26-ot az észlelést követően azonnal bejelentettek, míg 13-ról a mai publikáció számol be először. Ezek a LIGO és a Virgo korábbi O1 és O2 megfigyelési időszakainak 11 eseményét egészítik ki. A LIGO-Virgo eseménykatalógus mellett ma még három további cikk is megjelent az ArXiv online archívumban a gravitációshullám-források asztrofizikai tulajdonságainak elemzéséről, az általános relativitáselmélet új tesztjeiről, valamint a gamma-kitörésekkel egybeeső gravitációshullám-jelek kereséséről.
„Ezek a cikkek nagyon fontosak, és további előrelépést jelentenek egy hosszú és izgalmas utazásban” – mondta Giovanni Losurdo, az INFN kutatója és a Virgo Együttműködés szóvivője. – „Már alig várjuk a harmadik megfigyelési időszak második részének (O3b) eredményeit. Az elemzésre váró események magas száma azt ígéri, hogy a következő katalógus ugyanolyan izgalmas lesz, ha nem izgalmasabb, mint a mostani. Eközben törekszünk a Virgo detektor fejlesztésére is, hogy a következő, 2022-es megfigyeléseket, ismét jelentősen javított érzékenységgel végezhessük.”
A fenti eredmények a Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai számára is igen jelentősek. „Néhány megfigyelés olyan kompakt csillagok jelenlétét mutatta ki, amelyek tömege a csillagászati megfigyelések által eddig felfedezett legnehezebb neutroncsillagok és fekete lyukak közötti tartományba esik. A későbbi megfigyelések jóvoltából ez a tartomány tovább szűkülhet, vagy akár el is tűnhet. A gravitációfizikai kutatások mellett a Wigner Fizikai Kutatóközpont számos kutatója foglalkozik nagyenergiás fizikával. Ezért a szokatlanul nagytömegű neutroncsillagok lehetősége igen fontos lehet a rendkívül sűrű anyagi fázisok; a kvarkanyag és a hadronanyag vizsgálatával kapcsolatban is.” – mondta Barta Dániel, Wigner FK kutatója és a Virgo Együttműködés tagja.
Lakossági tudományos projektek a gravitációs hullámok adatelemzésére
Két lakossági tudományos projekt, a Gravity Spy a LIGO és az európai REINFORCE a Virgo számára lehetővé teszi, hogy a három interferométer adatainak elemzésében részt vevő kutatókkal együttműködve bárki hozzájáruljon a hamis jelek azonosításához, és ezáltal új gravitációshullám-jelek felfedezéséhez. Annak ellenére, hogy a külső és a belső zajforrásokat minimalizálják, a detektorok adatai továbbra is zajosak. Bizonyos esetekben ezeket környezeti szenzorok figyelik, és valós időben kivonják az adatokból. Az egyéb zajok azonosítása nehezebb és célzott elemzést igényel utólag. Ez a helyzet az olyan zajokkal; amiket például a lézersugár szórt fénye okoz. A valódi gravitációshullám-jelek meghatározáshoz szükséges részletes elemzések magyarázzák, hogy a LIGO és a Virgo Együttműködések miért adnak ki figyelmeztetéseket a tudományos közösség számára egy eseményről nem sokkal a megfigyelése után. Az utólagos elemzések vagy megerősítik az észlelést, és így az valós jelnek tekinthető, vagy nem. A Gravity Spy és a REINFORCE jóvoltából a LIGO és a Virgo detektorok adataihoz való közvetlen hozzáféréssel mindenki segítheti a kutatókat ebben a komplex elemzési munkában.
