Az elmúlt évtizedek legfontosabb tudományos bejelentése lehetett, hogy idén februárban bejelentették, hogy 2015 szeptemberében az Egyesült Államokban található Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) két, egymástól háromezer kilométerre fekvő detektora először észlelt közvetlenül gravitációs hullámokat.

A bejelentéssel, a jelentőségével, azzal, hogy mindez milyen hatással lehet a világról alkotott ismereteinkre, akkor részletesen foglalkoztunk Frei Zsolt, a LIGO munkájában részt vevő magyar csapat vezetőjének segítségével. Az akkori cikkünket érdemes újra elővenni.

Most pedig az a hír, a LIGO Tudományos Együttműködés és a Virgo Együttműködés egy második gravitációshullám-jelet azonosított az Advanced LIGO detektorok adatában, amely jel összeolvadó feketelyuk-kettősből származik, csakúgy mint a februárban bejelentett felfedezés esetén.

A LIGO közleménye szerint 2015. december 26-án, karácsony másnapján, magyar idő szerint reggel 04:38:53-kor (03:38:53 UTC) a LIGO második alkalommal figyelt meg gravitációs hullámokat - a téridő szövetének fodrozódásait.

A mostani felfedezést, amelyet bemutató szakcikket a Physical Review Letters folyóirat közlésre a múlt héten már elfogadott, a (GEO600 kollaborációt és az Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy konzorciumot is magába foglaló) LIGO Tudományos Együttműködés (LIGO Scientific Collaboration vagy LSC), és a Virgo Együttműködés (Virgo Collaboration) jegyzi. Az új felfedezést is a két kollaboráció a LIGO detektorokkal érte el.

A gravitációs hullámok olyan információt hordoznak a forrásaikról és a gravitáció természetéről, amely fizikai információhoz más eszközökkel nem juthatunk hozzá. A fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy ezek a gravitációs hullámok két - egy a Napunknál 14-szer és egy 8-szor nehezebb - fekete lyuk összeolvadásának utolsó pillanataiban keletkeztek, amikor azok egyetlen forgó fekete lyukká egyesültek, amely a Napunknál összesen 21-szer nehezebb (egy Naptömegnyi anyag energia formájában távozott).

"Nagy jelentőségű, hogy ezek a fekete lyukak sokkal kisebb tömegűek voltak, mint az első alkalommal észleltek."

- mondja Gabriela González, a nemzetközi LIGO Tudományos Együttműködés szóvivője, a Louisana Állami Egyetem fizika és csillagászat professzora. "Az első észleléséhez képest kisebb tömegük miatt több időt - körülbelül egy másodpercet - töltöttek a detektorok érzékeny frekvenciasávjában. Ez egy ígéretes kezdet a világegyetemünkben található fekete lyukak populációinak feltérképezéséhez."

Az összeolvadás során, amely hozzávetőlegesen 1,4 milliárd évvel ezelőtt történt, körülbelül a Nap tömegének megfelelő mennyiségű energia került kisugárzásra gravitációs hullámok formájában. Az észlelt jel a fekete lyukak összeolvadás előtti körpályájának utolsó 27 periódusából származik. A jelek beérkezési idői - a livingstoni detektor az eseményt 1,1 ezredmásodperccel előbb rögzítette, mint a hanfordi detektor - csak hozzávetőleges információt adnak a forrás égi pozíciójáról.

A gravitációs hullámok első észlelése, amely 2016. február 11-én került bejelentésre, mérföldkő volt a fizikában és a csillagászatban: megerősítette Albert Einstein 1915-ös általános relativitáselméletének egy fontos jóslatát, és a gravitációshullám-csillagászat, mint új terület kezdetét jelezte.

A második felfedezés valódi értelmet adott az 'O' betűnek a LIGO, mint obszervatórium nevében - mondja Albert Lazzarini, a Caltech professzora, a LIGO Laboratórium igazgatóhelyettese. "Az első adatgyűjtő időszakunk négy hónapja alatt tett két erős észlelés alapot ad arra, hogy megbecsüljük, milyen gyakran hallunk majd gravitációs hullámokat a jövőben."

"Most kezdünk bepillantást nyerni azokba az új asztrofizikai jelenségekbe, amik csak gravitációshullám-detektorokkal megfigyelhetők." - mondja David Shoemaker, az MIT tanára, aki az Advanced LIGO detektor építését vezette.

Mindkét felfedezést az Advanced LIGO megnövelt teljesítménye tette lehetővé, amely egy nagyszabású fejlesztőmunka eredménye. Ennek során a műszerek érzékenysége az elsőgenerációs LIGO detektorokéhoz képest megnövekedett, nagymértékben megnövelve az univerzum megfigyelhető térfogatát.

"Az Advanced LIGO elindulásával azt reméltük, hogy sikerül végre a gravitációs hullámok észlelése, de ez a két jel messze túlszárnyalta a várakozásainkat." - mondja France A. Córdova, az NSF igazgatója. "Az NSF 40 évnyi befektetése ebbe az alapkutatása máris új információkat ad a sötét univerzum természetéről."

Magyar kutatók munkája is kellett hozzá

Az Eötvös Gravity Research Group (EGRG), amely a budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetem és a debreceni MTA Atommagkutató Intézet összefogásában működik, 2007 óta az LSC tagja. A csoport vezetője Dr. Frei Zsolt, az ELTE tanszékvezető professzora, az MTA-ELTE Lendület asztrofizikai kutatócsoport vezetője. Az EGRG adatelemző munkáit Dr. Raffai Péter, az ELTE adjunktusa vezeti.

A csoport az LSC valamennyi tevékenységi köréhez nyújt hozzájárulást: műszerépítéssel segítette a LIGO detektorok zajszintcsökkentését; a csoporttagok műszak- és riasztási felügyeletet látnak el a LIGO detektorok adatgyűjtési időszakai alatt mind a detektorállomásokon, mind a távolból; forrásmodellező munkájukkal és jelkeresőprogram fejlesztésével a gravitációshullám-jelek észlelési és kiértékelési hatékonyságát maximalizálják. Az EGRG készítette azt a galaxiskatalógust, amelyet az LSC az észlelt jelek forrásgalaxisainak azonosításához használ. Az EGRG tagjai segítik a jövőben építeni tervezett detektorok (köztük a tervek szerint Indiában épülő LIGO detektor) optimális elhelyezésének megtalálását. A LSC magyar nyelvű honlapját az EGRG csoport készítette és fejleszti.

A Szegedi Tudományegyetemen a gravitációs hullámok kutatását Dr. Gergely Árpád László egyetemi tanár honosította meg 2000-ben a feketelyuk-kettősök dinamikájának és gravitációs sugárzásának elméleti vizsgálatával, különös tekintettel a fekete lyukak forgásából származó effektusokra. A LIGO Tudományos Együttműködésnek 2009 óta tagja, először az ELTE csoport külső tagjaként, majd 2014-től önálló SZTE csoport vezetőjeként. Tanítványaival jelenleg a nem egyenlő tömegű fekete lyukak összeolvadásakor keletkező gravitációs hullámokat tanulmányozzák. Generálásukra kidolgoztak egy új hullámformát, amit a gravitációshullám-kereséshez használt nemzetközi szoftverbe implementálnak.

Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Gravitációfizikai Kutatócsoportja a Virgo együttműködésben vesz részt. A kutatócsoport 2010-ben csatlakozott az együttműködéshez, és célja az egymás körül keringő nagy tömegű kettős objektumok teljes összeolvadása során keletkező gravitációs hullámok vizsgálata. A csoport tagjai Dr. Vasúth Mátyás tudományos főmunkatárs vezetésével számítástechnikai eljárások, algoritmusok, valamint hullámforma-jóslatok fejlesztésével járulnak hozzá a megfigyelésekhez. Részt vesznek továbbá a detektorok mérési adatainak kiértékelésében, amihez a Wigner Adatközpontban üzemeltetett Wigner felhő is rendelkezésre áll.