2016. február 11-én a Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) kutatói bejelentették a gravitációs hullámok első észlelését. Ez a fejlemény, amely megerősítette az Einstein általános relativitáselméletének egy évszázaddal ezelőtt tett előrejelzését, új kutatási lehetőségeket nyitott meg a kozmológusok és az asztrofizikusok számára. Azóta több felderítés történt, amelyek állítólag a fekete lyukak összeolvadásának eredményei.
A legutóbbi észlelésre 2017. augusztus 14-én került sor, amikor három obszervatórium - az Advanced LIGO és az Advanced Virgo detektorok - egyidejűleg észlelte a fekete lyukak összevonásával létrehozott gravitációs hullámokat. Ez volt az első alkalom, amikor a gravitációs hullámokat három különböző berendezés észlelte a világ minden tájáról, ezáltal beindítva a globálisan hálózatba kötött kutatás új korszakába ezt a kozmikus jelenségeket.
Az ezeket a megfigyeléseket részletező tanulmányt a LIGO Tudományos Együttműködés és a Szűz együttműködés nemrégiben közzétette online. A „GW170814: Gravitációs hullámok háromdetektoros megfigyelése egy bináris fekete lyukkal történő összekapcsolódásból” című tanulmányt a tudományos folyóiratban való közzétételre elfogadták Fizikai áttekintő levelek.
A GW170814 jelű eseményt 2017. augusztus 14-én 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) órakor figyelték meg. Az eseményt a Nemzeti Tudományos Alapítvány két LIGO-je észlelte. detektorok (Livingston, Louisiana és Hanford, Washington) és a Szűz detektor, Pisa közelében található, Olaszország - amelyeket a Nemzeti Tudományos Kutatási Központ (CNRS) és a Nemzeti Nukleáris Fizikai Intézet (INFN) tart fenn.
Bár nem a gravitációs hullámok első észlelése történt meg, ez volt az első alkalom, amikor egy eseményt egyszerre három csillagvizsgáló észlel. Ahogyan Franciaország Córdova, az NSF igazgatója mondta a LIGO nemrégiben kiadott sajtóközleményében:
Alig több mint másfél évvel ezelőtt az NSF bejelentette, hogy a lézeres interferométer gravitációs hullám-megfigyelőközpontja először észlelte a gravitációs hullámokat, ami két milliárd lyuk ütközésének eredményeként jött létre egy milliárd fényév távolságban lévő galaxisban. Ma örömmel jelentjük be az első felfedezést a Szűz gravitációs hullámú obszervatórium és a LIGO Tudományos Együttműködés között. Első alkalommal gravitációs hullám detektálását figyelték meg a több ezer mérföldnyire egymástól távol eső obszervatóriumok. Ez izgalmas mérföldkő a világegyetem rendkívüli rejtélyeinek feltárására irányuló növekvő nemzetközi tudományos erőfeszítésekben. ”
A felismert hullámok alapján a LIGO Tudományos Együttműködés (LSC) és a Szűz együttműködés meg tudta határozni az esemény típusát, valamint az érintett tárgyak tömegét. Tanulmányaik szerint az eseményt két fekete lyuk összeolvadása váltotta ki - ezek voltak a 31 és 25 napenergia mise. Az esemény körülbelül 1,8 milliárd fényévre volt a Földtől, és egy forgó fekete lyuk kialakulásához vezetett, körülbelül 53 napenergiával.
Ez azt jelenti, hogy körülbelül három napelemes masszát átalakítottak gravitációs hullám energiává az egyesülés során, amelyet a LIGO és a Szűz észlel. Ez a legújabb felismerés önmagában lenyűgöző, csupán annak ízlése, amit a gravitációs hullámdetektorok, mint például a LIGO és a Szűz együttműködések, meg tudnak tenni most, hogy már elérték a fejlett szakaszokat és együttműködnek egymással.
Az Advanced LIGO és az Advanced Virgo egyaránt olyan második generációs gravitációs hullámdetektorok, amelyeket az előzőek átvettek. A Caltech és a MIT által tervezett, épített és üzemeltetett LIGO létesítmények 2002 és 2010 között sikertelenül gyűjtöttek adatokat. Az Advanced LIGO azonban 2015 szeptemberétől online lett, és két megfigyelő futást indított - O1 és O2.
Eközben az eredeti Szűzdetektor 2003 és 2011 októbere között megfigyeléseket végzett, ismét sikertelenül. 2017 februárjára megkezdődött az Advanced Virgo detektor integrálása, és a műszerek online áprilisba kerültek. 2007-ben a Szűz és a LIGO partnerként is megosztották és együttesen elemezték a saját detektoruk által rögzített adatokat.
2017 augusztusában a Szűzdetektor csatlakozott az O2 futtatáshoz, és az első egyidejű észlelésre augusztus 14-én került sor, az adatokat mind a három LIGO és Virgo eszköz összegyűjtötte. Ahogyan az LSC szóvivője, David Shoemaker - a Massachusettsi Technológiai Intézet (MIT) kutatója - rámutatott, ez az észlelés csak az első a várt események közül.
"Ez csak a megfigyelések kezdete, amikor a Szűz és a LIGO együtt működik a hálózattal" - mondta. "A következő, 2018 őszére tervezett megfigyelési futással hetente vagy még gyakrabban számíthatunk az ilyen észlelésekre."
Ez nem csak azt jelenti, hogy a tudósok jobban tudják felismerni a jövőbeli eseményeket, hanem képesek lesznek azokat sokkal pontosabban meghatározni. Valójában a két- és háromdetektoros hálózatról való áttérés várhatóan növeli annak valószínűségét, hogy egy 20 gyár megmutatja a GW170814 forrását. A GW170814 égbolt területe mindössze 60 négyzet fok - több mint 10-szer kisebb, mint a kizárólag a LIGO interferométereinek adataival.
Ezen túlmenően a forráshoz való távolság mérésének pontossága is részesült ebben a partnerségben. Ahogy Laura Cadonati, a Georgia Tech professzora és az LSK szóvivője elmagyarázta:
„Ez a megnövelt pontosság lehetővé teszi az egész asztrofizikai közösség számára, hogy végül még izgalmasabb felfedezéseket készítsen, ideértve a multi-messenger megfigyeléseket is. Egy kisebb keresési terület lehetővé teszi a távcsövekkel és műholdakkal végzett, a gravitációs hullámokat és a fénykibocsátást, például a neutroncsillagok ütközését eredményező kozmikus események nyomon követését. ”
Végül, ha több detektor kerül a gravitációs hullámhálózatba, az Einstein általános relativitáselméletének részletesebb tesztelését is lehetővé teszi. A caltech-i David H. Reitze, a LIGO laboratórium ügyvezetõ igazgatója szintén dicsérte az új partnerséget és annak mûveit.
"Az Advanced LIGO és a Virgo detektorok által végzett első közös detektálással egy lépéssel tovább léptünk a gravitációs hullám kozmoszába" - mondta. "A Szűz új, nagy teljesítményű képességeket kínál a gravitációs hullámforrások észlelésére és jobb megkeresésére, amely kétségtelenül izgalmas és váratlan eredményekhez vezet a jövőben."
A gravitációs hullámok vizsgálata a világ tudományos csapatainak és az interferometria tudományának növekvő képességének bizonysága. A gravitációs hullámok fennállása évtizedek óta csupán elmélet volt; és a századfordulóra az összes észlelési kísérlet semmit sem hozott. De az elmúlt tizennyolc hónapban többféle felderítés történt, és az elkövetkező években még több tucat várható.
Sőt, az új globális hálózatnak, valamint a továbbfejlesztett eszközöknek és módszereknek köszönhetően ezek az események minden bizonnyal sok mindent elárulnak világegyetemünkről és a fizikáról, amely azt irányítja.
