A LIGO együttműködés kutatói szerdán, az Amerikai Csillagászati Társaság konferenciáján jelentették be, hogy 2015. december 26-án detektoraik másodszor is sikerrel észleltek közvetlen módon gravitációs hullámokat. A jelek a szakértők szerint ezúttal ütközés előtt álló fekete lyukaktól származnak, így az újabb észleléssel hivatalossá vált, hogy kezdetét vette a gravitációshullám-csillagászat kora.
A LIGO két, egymástól 3000 kilométerre található lézer interferométerből áll, amelyek egyenként két, egymásra merőleges, 4 kilométer hosszú karral rendelkeznek. A mérések úgy történnek, hogy az adott detektorban egy osztótükör kétfelé bontják egy nagyteljesítményű lézer fényét, a nyalábok végigfutnak a karokon, majd visszaverődnek az azok végében elhelyezett tükrökről. Ezt az utat többször is megismétlik, mielőtt újra egyesülnek.
A karok hosszát úgy határozták meg, hogy a nyalábok pontosan ellentétes hullámfázisban egyesüljenek, így alapesetben, vagyis ha a téridő fodrozódásai hatására nem változik meg a karok hossza, ezek kioltják egymást. Ha viszont megfelelő intenzitású gravitációs hullámok haladnak át a karokon, azok hossza módosul, a fázisok eltolódnak, és az egyesülő sugarak útjába helyezett fénydetektorra a hullámok erősségével arányos intenzitású fényjel esik. Ha pedig a hullámokat mindkét detektor észlelni tudja, ezek forrása is azonosítható lehet a beérkezések időpontjai alapján.
A LIGO csapata először februárban jelentette be, hogy 2015. szeptember 14-én mindkét detektoruk észlelt valamit. A detektált jelek elemzése alapján ezeket a gravitációs hullámokat összeolvadás előtt álló, egymás felé gyorsulva spirálozó fekete lyukak keltették. A szakértők a mérésekből még a fekete lyukak tömegét (30, illetve 35 naptömeg) is képesek voltak megbecsülni, azok távolságán (1,3 milliárd fényév) túl.
A második észlelés szintén egy ilyen, hasonló távolságú eseményből származik. A fekete lyukak ez esetben jóval könnyebbek voltak, 14,2 és 7,5 naptömeget nyomtak, és egy 20,8 naptömegű fekete lyukká olvadtak össze, egy naptömegnyi energiát gravitációs hullámok formájában sugározva ki az ütközés másodpercei során. Ez óriási energiájú eseményt jelent, hiszen a Nap létezésének közel 5 milliárd éve alatt tömegének egymilliomod részét sugározta ki összesen, mondja Salvatore Vitale, az MIT kutatója, a LIGO-csapat tagja.
A kisebb tömegek abból a szempontból nagyon megnyugtatóak, hogy ilyen méretű fekete lyukakat már rádiótávcsövekkel is sikerült észlelni, szemben az első észlelés gravitációs hullámait kiváltó objektumokkal, amelyek a fekete lyukak egy eddig ismeretlen osztályát képviselték. A második észlelés azonban rögtön közelebb hozta a gravitációshullám-csillagászatot a csillagászat főáramához, amely az elektromágneses spektrumban végzett észleléseken alapul.
A fekete lyukak alacsonyabb tömege egyben azzal is együtt járt, hogy a Földről észlelhető gravitációs hullámokat keltő „haláltánc” hosszabb volt, és a szakértők többet tudtak megfigyelni belőle. Míg az első detektálás során az égitestek kevesebb mint 10-szer kerülték meg egymást, mielőtt összeolvadtak volna, a LIGO-csapat ezúttal 55 teljes kört figyelt meg a vég bekövetkezte előtt.
Ehhez ugyanakkor jóval kifinomultabb adatelemzésre volt szükség, mint az első detektálás során, amelynek jele annyira intenzív volt, hogy szabad szemmel is látszott (átalakítva pedig hallható volt) az adatsorokban. Míg az első esetben a kutatók célja bármilyen gravitációs hullám észlelése volt, másodszor már célzottan keresgéltek, kettős fekete lyukak után kutatva az adatok között.
Az újfajta elemző algoritmusoknak köszönhetően a csapat több részletet volt képes kideríteni rendszerről, amely így még jobb laboratórium lehet az általános relativitás elméletének tesztelésére, mint az első fekete lyuk kettős. Vitale elmondása szerint a szakértők azt várják, hogy ha bármilyen eltérés mutatkozik Einstein elméletétől, az ilyen rendszerekben a különbségek felhalmozódnak, vagyis minél több kört tudnak megfigyelni a kutatók, annál valószínűbb, hogy feltűnik számukra, ha szokatlanul alakulnak a dolgok. A kutató ugyanakkor hozzátette, hogy a második ütközés az eddigi elemzések alapján pontosan úgy zajlott, ahogy azt Einstein megjósolta.
A szakértők ezúttal már a fekete lyukak egyikének forgási sebességét is meg tudták becsülni, ami lassabban mutatkozott a vártnál. Ez a megállapítás önmagában még nem sokra elég, de ha a jövőben végzett észlelésekkor mindkét objektumra sikerül elvégezni az ilyen méréseket is, az sokat elárulhat a rendszer eredetéről. Ha ugyanis a fekete lyukak kettőscsillagokból jöttek létre, azonos irányú forgást várnánk tőlük, ha viszont csak később fogták be egymást, nem feltétlenül lesz egységes a forgásuk.
A második észlelés különösen szerencsésnek tekinthető annak fényében, hogy arra helyi idő szerint december 25-én, vagyis karácsonykor került sor, és a csapat előzőleg azt fontolgatta, hogy az ünnepekre leállítják a detektorok működését. Végül úgy döntöttek, hogy nem szakítják meg méréseket, így Vitalét december 26-án reggel egy, a detektorok által automatikusan kiküldött e-mail fogadta az észlelt eseményről. A második észlelés magabiztossággal tölt el mindannyiunkat, mondja a kutató. Az jelzi, hogy nemcsak az első detektálás nem egy szerencsés véletlen műve, hanem a rendszer valóban alkalmas arra, hogy rutinszerűen észleljen hasonló kozmikus eseményeket.
