Az ősrobbanás elmélete szerint a nagy esemény után a teret forró atommagok és elektronok kavargó plazmája töltötte ki. A gravitációs hullámok azonban elnyelődés és szóródás nélkül, fénysebességgel hatolnak át minden anyagon, így ezen a plazmán is,
ezért van remény arra, hogy információt kapjunk általuk az univerzum ezen korai és kritikus szakaszából,
melyet először gyors felfúvódás, majd az egymás után bekövetkező fázisátalakulások sora jellemzett. A februári bejelentés tehát emiatt volt tudománytörténeti jelentőségű, és nem csak azért, mert a gravitációs hullámok kísérleti bizonyítéka betolta
a hiányzó téglát az Einstein által száz éve leírt elmélet épületébe.
Április közepén egy újabb izgalmas bejelentés látott napvilágot: még tavaly szeptember 14-én, az első gravitációs hullám észlelése után kevesebb mint fél másodperccel a NASA Fermi űrtávcsöve különös gamma-sugárzás-felvillanást észlelt az űr ugyanazon, 1,2 milliárd fényévnyire lévő pontjáról. Mint tudjuk, a gravitációs hullám befogására épített hatalmas LIGO berendezés két egymással összeolvadó fekete lyukból származó jelet észlelt. Csakhogy a fekete lyukakról úgy tudjuk, hogy összeolvadásukból semmiféle fény vagy más elektromágneses hullám nem szökhet ki. A gamma-sugárzáshoz konkrétan gázokra van szükség, és ezeket már régen magába kellett volna szippantaniuk az éppen összeolvadó fekete lyukaknak. A rejtély tehát két megoldást sejtet. Egyrészt elképzelhető, bár meglehetősen valószínűtlen, hogy véletlen eseményről volt szó, és semmi köze a gamma-sugárnak a LIGO észlelte gravitációs hullámhoz. A NASA szerint ennek a lehetősége 0,2 százalék. Másrészt lehet, hogy az összeolvadó fekete lyukak mégis létre tudnak hozni gamma-sugárzást. Akkor pedig
újra kell gondolni mindent, amit eddig a fekete lyukakról tudni véltünk.
A LIGO által észlelt gravitációs hullámot egy 29 és egy 36 naptömegű fekete lyuk egybeolvadása szülte. A téridő ilyenfajta rezgéseit azonban nemcsak egymásba csúszó fekete lyukak, hanem összeolvadó neutroncsillagok vagy fehér törpék is okozhatják. Ezen túl az aszimmetrikus formájú neutroncsillagok „kitüremkedései” is rezgésbe hozhatják a téridőt az égitest pörgése során, és ez folyamatos, hosszan fennmaradó gravitációs hullámokat kelthet. De az ősrobbanás után szétlökődő anyagból fakadó kozmikus háttérsugárzás is hasonlóan konstans gravitációs hullámok forrásaként szolgálhat. Egy szupernóva-robbanás vagy csillagrengés ezzel szemben „kitörésszerű” hullámokat kelt. Voltaképpen egyetlen igazán jelentős égitest vagy mozgással járó univerzumbeli esemény sem hagyja rezgés nélkül a téridőt. A fizikusok szerint még a Mount Everest kiugró csúcsa is kelt gravitációs hullámokat a Föld forgása során, csak ezek annyira aprók lehetnek, hogy nincs valódi jelentőségük.
A februári bejelentés kapcsán híressé vált berendezés, a lézeres interferometria alapján működő LIGO is csak bizonyos fajta hullámokat tud elcsípni. Frei Zsolt, az erre alakult hatalmas nemzetközi együttműködés magyar résztvevőinek vezetője úgy ítéli, hogy leginkább a 3-4 kilométeres, derékszögben kinyúló fémkarok hosszával azonos hullámhosszúságú gravitációs hullámok eshetnek itt csapdába. Persze a karokban elhelyezett tükrökön a lézerfény több százszor cikázik ide-oda, ezért az effektív karhossz ezer kilométeresre sokszorozódik. Ez már megfelelt a befogott hullámnak, melynek néhány száz hertzes frekvenciája is beleillik a tíz és ezer hertz között legpontosabban mérő LIGO érzékenységébe. Az ELTE atomfizika tanszékének professzora, az MTA Lendület kutatócsoportjának vezetője szerint ez a mérési tartomány azt jelenti, hogy a földi berendezések néhány csillag méretével megegyező, 1-10, de legfeljebb száz naptömegnyi, egymás körül keringő kompakt objektumok, így például fekete lyukak jeleit képesek levadászni.
Igen ám, csakhogy galaxisunk középpontjában egy évmilliárdok alatt kialakult, négymillió naptömegű, szupernehéz fekete lyuk „garázdálkodik”. Jelenlegi ismereteink szerint ezek a minden galaxis közepét elfoglaló hatalmas fekete lyukak a galaxisok ütközése során egymást ugyancsak elnyelik, összeolvadnak, a magukban lévő anyagot és gázt magukba szívják, és így folyamatosan egyre nagyobbak lesznek. A Kisgömböc mintájára gyarapodó lomha gigászok által keltett gravitációs hullámok frekvenciája jóval kisebb, hullámhosszuk viszont sokkal nagyobb, mint hogy azt a Földről meg lehessen figyelni. Ezért lenne fontos, hogy mihamarabb munkába álljon az Európai Űrügynökség, az ESA tervezte űrbeli detektor, az eLISA, hiszen annak karhosszát három műhold egymáshoz mért távolsága, azaz ötmillió kilométer jelenti. (Igaz, lehet, hogy végül is csak két műhold és egymillió kilométer lesz ebből.) Így már a szupermasszív fekete lyukak összeolvadásának gyakoriságát is kimérhetik. De a legnagyobb tömegű feketelyuk-kettősök jeleinek észlelésére ez sem elég.
 |
Frei Zsolt szerint a földi berendezések csak a kisebb objektumokat képesek levadászni
Máthé Zoltán / MTI |
Ehhez a pulzárok (az erős mágneses térrel rendelkező, gyorsan forgó neutroncsillagok) állandó frekvenciájú rádiójeleit, azok érkezési idejét és eltéréseit kellene figyelni. A Pulsar Timing Array (PTA) nevű módszer (melynek alapján több rádiótávcső már elkezdte az adatgyűjtést) is jelzi: a most kezdődő új tudományág, a gravitációs hullám asztrofizika a várható jelek sokszínűsége miatt jóval túlmutat a LIGO-n és a hozzá hasonló földi detektorok körén.
Persze a kutatók nem vetik a LIGO-t a szemétdombra. A világ jelenleg legnagyobb gravitációshullám-detektora előtt megnyílhatnak az úgynevezett kitörésszerű jelek is, melyek a korábban már leírt események mellett a neutroncsillagok egyelőre részleteiben még nem ismert kialakulásakor is keletkezhetnek. Sőt a LIGO számára az aszimmetrikus forgástengelyű objektumok jelei is észlelhetők lehetnek. A berendezés már annyira érzékeny, hogy a szimmetrikustól való egytízmilliomodnyi eltérés által keltett gravitációs hullámokat is ki tudja mutatni. Ez Frei Zsolt szerint azt jelenti, hogy ha például egy naptömegű, azaz körülbelül tíz kilométer átmérőjű (rettenetesen sűrű) neutroncsillag mindössze egy millimétert tér el a teljes tengelyszimmetriától, a pörgése során keltett gravitációs hullámot a LIGO már képes érzékelni.
Elképzelhető az is, hogy kiderül, milyen gyakoriak az összeolvadó fekete lyukak, legalábbis az asztrofizikusok néhány statisztikus adatból már képesek lesznek erre vonatkozó következtetéseket is levonni. Sok mindent persze nem tudunk még. Az ELTE atomfizikai tanszékén dolgozó kutatók arra is szeretnének választ kapni, a LIGO által észlelt feketelyuk-páros kettős tömege miért nagyobb a vártnál. A Kocsis Bence vezette csoport egyik feltevése ugyanakkor némileg magyarázza a Fermi űrtávcső által észlelt sugárzást. Állításuk szerint a feketelyuk-kettősök a galaxisok közepén lévő szupermasszív fekete lyuk gázkorongjában ütköznek össze. Ezek a korongok felelősek a kvazárok fényességéért. A gázkorongok gravitációsan instabil külső tartományában csillagok keletkeznek, amelyek a gázkorongból táplálkozva aztán nehéz fekete lyukakká nőnek. A korongban keletkező sűrűséghullámoktól a fekete lyukak összeütköznek, és a karambol a környező gázkorong töltött részecskéit olyan nagy energiára gyorsíthatja, ami együttes elektromágneses fényjelenséghez vezet. De az összeolvadás környezetéből is kiindulhat fény. A közelben található csillagokban ugyanis az ELTE kutatóinak feltevése szerint a gravitációs hullámok csillagrengéseket kelthetnek, ami végső soron a csillag szokatlan sugárzásához vezet.
Az ajtó résnyire nyílt, ám a nyíláson át új kérdések is berajzottak. Most már csak a válaszokra várunk. Egy dologgal mindenesetre a februári áttörés résztvevői a héten gazdagabbak lettek. Kedden jelentették be, hogy az orosz származású milliárdos és mecénás, a tudományos újdonságok iránt érzékeny internetguru, Jurij Milner hárommillió dollárt adományozott a kutatás résztvevőinek. A három főszereplő, Ronald P. Drever és Kip S. Thorne a Caltechről, valamint Rainer Weiss a Massachusetts Institute of Technology professzora osztozik egymillión, a maradékot pedig a Physical Reviews Letters hasábjain megjelent tudománytörténeti közlemény többi 1005 szerzője – köztük kilenc magyar – között osztják el.
