GW190412: Két jelentősen eltérő tömegű fekete lyuk összeolvadása
A harmadik LIGO-Virgo megfigyelési időszak (O3) új betekintést enged a kettős fekete lyuk (BBH) rendszerek késő keringési és összeolvadási szakaszába. Az első GW150914 gravitációshullám-eseményt 2015-ben észlelték és két fekete lyuk összeolvadásából származott. A GW190412 elnevezésű gravitációshullám-jelet az Advanced Virgo és a két Advanced LIGO detektor észlelte, amit egy eltérő tömegű komponensekkel rendelkező, összeütköző BBH rendszer keltett. Az egyik komponens több mint 3-szor nehezebb, mint a másik. Az összeolvadó fekete lyukak tömege a Nap tömegének közel 30, illetve 8-szorosa. Ez a különbség olyan speciális jelváltozást okoz, amit az elmélet ugyan megjósol, de most először sikerült megfigyelni.
Azóta ez, az asztrofizikai BBH populáció egyre pontosabb leírását lehetővé tevő eseménycsoport vált a legjelentősebbé. Az eddig megfigyelt rendszereket azonban közel azonos tömegű fekete lyukak alkották. Ezt az egyensúlyt egy nagyon különleges BBH összeolvadásnak, az egyezményes világidő (UTC) szerint 2019. április 12-én, 05:30:44-kor történt megfigyelése törte meg csupán néhány héttel az O3 április 1-i indulását követően. A nagy tömegkülönbség szokatlanul nagy gravitációs sugárzást eredményez az úgynevezett „magasabb rendű módusokban”, amelyek kimutathatók a GW190412 jelben, és Einstein általános relativitáselméletének újabb igazolásaként szolgálnak. A GW190412 hullámjel összességében a kettős rendszer többi paraméterétől is függ és ezek a modulációk lehetővé teszik számunkra, hogy meghatározzuk a kettős rendszer pályasíkjának a látóvonalhoz viszonyított elhajlását, valamint a forrás távolságát; két olyan mennyiséget, amelyek egyébként nagymértékben összefüggenek.
„A Virgo és LIGO detektorok egyre érzékenyebbé válnak, a detektálási sebesség növekszik, és új, különleges eseményekre számítunk. A GW190412 egy különleges és érdekes észlelés, mivel a két összeütköző fekete lyuk tömege között nagy a különbség. Megtudhatjuk, hogy léteznek ilyen típusú rendszerek és azt is, hogy milyen ritkák. Ez lehetővé teszi továbbá azt, hogy következtessünk az ilyen rendszerek kialakulására, amit különösen izgalmasnak találok”- mondta Giancarlo Cella, az olasz Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet (INFN) kutatója és a Virgo Data Analysis koordinátora.
„A két fekete lyuk eltérő tömege miatt most először voltak megfigyelhetőek a fő gravitációshullám-jel felhangjai is. Ez izgalmas új lehetőséget biztosított számunkra, hogy ellenőrizzük Einstein elméletének arra vonatkozó és fontos előrejelzését, hogy mi történik akkor, amikor eltérő méretű fekete lyukak ütköznek össze.” - mondta Anuradha Samajdar, a holland Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet (Nikhef) posztdoktora és a Virgo együttműködés tagja.
Ábrafelirat: A GW190412 gravitációshullám-jel forrásának becsült távolsága és a két fekete lyuk pályasíkjának a látóvonalhoz viszonyított elhajlása. Általában ez a két mennyiség összefügg, de a fekete lyukak eltérő tömege lehetővé teszi számunkra, hogy részben szétválasszuk őket. A forrás távolsága a legnagyobb valószínűséggel 700 Mpc, azaz 2,3 milliárd fényév.
Kép forrása: LIGO Tudományos Együttműködés/Virgo Együttműködés
📖 Tudományos cikk: GW190412: Observation of a Binary-Black-Hole Coalescence with Asymmetric Masses