Kelet-európai idő szerint csütörtökön délután fél ötkor a LIGOegyüttműködés kutatói bejelentették, hogy sikerült gravitációs hullámokat észlelniük, igazolva a téridő Einstein által 1918-ban megjósolt, hullámszerűen terjedő egyenetlenségeinek létezését. A gravitációs hullámok létét az általános relativitáselmélet jelezte előre. A teória szerint a nehéz égitestek torzítják maguk körül a téridőt, így amikor egy ilyen objektum gyorsulni kezd, például amikor két egymás körül keringő fekete lyuk összeolvad, koncentrikus körökben gravitációs hullámokat indít útjára, amelyeket aztán egy távoli megfigyelő a megfelelő módszerekkel észlelni tud, ahogy azok áthaladnak műszerein, és megnyújtják, illetve összehúzzák a téridőt.
A gravitációs hullámok létezésében egy ideje már meglehetősen biztosak voltak a kutatók, és 1974 indirekt módon ezt igazolták is, mostanáig azonban nem került sor közvetlen megfigyelésükre. Helyi idő szerint csütörtök délelőtt egy Washingtonban tartott sajtótájékoztatón azonban a LIGO igazgatója, David Reitze bejelentette, hogy tavaly szeptemberben a kísérlet detektorai gravitációs hullámokat észleltek. Az eredményekről részletesen a Physical Review Letters oldalain (és a következő hónapok során megjelenő publikációkban) számolnak be a szakértők egy olyan tanulmányban, amely könnyen lehet, hogy a következő időszak legtöbbet idézett szakírása lesz.
A történelmi jelentőségű jelet kis különbséggel egymás után a LIGO hanfordi és livingstoni detektora is észlelte 2015. szeptember 14-én. A szenzorok regisztrálták, hogy az általuk vizsgált téridő-darabka egy rövid időre a proton méretének ezredrészével megnyúlik, majd összehúzódik. Rendkívül piciny kilengésről van szó tehát, de a mért átmeneti megnyúlás 10-szer nagyobb a legkisebb egységnél, amit a LIGO észlelni tud.
A LIGO két lézer interferométerből áll, amelyek egymástól 3000 kilométerre helyezkednek el. Ezek két-két, egymásra merőleges, 4 kilométer hosszú karral rendelkeznek. A mérések során egy osztótükörrel kétfelé bontják egy nagyteljesítményű lézer fényét, hogy a nyalábok végigfussanak a karokon, majd az azok végében elhelyezett tükrökről visszaverődjenek. A kísérletek ideje alatt a nyalábok többször is végigfutnak a karokon, mielőtt újra egyesülnek.
A két kar hossza úgy van meghatározva, hogy az egyesülés pontosan ellentétes hullámfázisban történjen, így a nyalábok alapesetben kioltják egymást, így az útjukba helyezett fénydetektorra nem esik fény. Ha viszont gravitációs hullámok haladnak végig a karokon, azok hossza megváltozik, a fázisok eltolódnak, és a detektorra a hullámok erősségével arányos intenzitású fényjel esik. Azért van szükség két, egymástól nagy távolságban elhelyezett detektorra, mert így a gravitációs hullámok forrása is azonosítható lehet annak alapján, hogy a detektorok milyen időkülönbséggel észlelik a beérkező jelet.
Szeptember 14-én tehát mindkét detektor észlelt valamit, és a jel profilja alapján a kutatók azt is meg tudták állapítani, hogy milyen forrásból származnak a hullámok. Az elsőként észlelt gravitációs hullámokat két fekete lyuk összeolvadása indította útjára 1,3 milliárd évvel ezelőtt. A páros nagyobbik tagja 36, a kisebbik pedig 29 naptömeggel rendelkezett, mielőtt egyesültek volna. A sikeres észleléshez némi szerencse is kellett, a kísérlet ezen szakasza ugyanis hivatalosan csak szeptember 18-án vette kezdetét és január 12-ig tartott. A jelet tehát akkor fogták a detektorok, amikor a rendszer próbaüzemben futott, mivel azonban a mérések ideje alatt minden úgy működött, ahogy rendesen, az észlelés hitelesnek tekinthető.
A siker a szakértők elmondása szerint azt is jelzi, hogy fekete lyukak összeolvadására gyakrabban kerül sor, mint korábban gondoltuk. A folyamat vége ugyanis, amikor a gyorsuló objektumok jelenlegi földi műszerekkel is észlelhető méretű gravitációs hullámokat keltenek, mindössze néhány ezredmásodpercig tart. Arra tehát, hogy egy kozmikus léptékben éppen csak elkezdődött kísérlet mérni tudjon egy ilyen eseményt, csak akkor van statisztikai esély, ha ez viszonylag gyakran megtörténik.
A két fekete lyuk egyesülését követően egy 62 naptömegű fekete lyuk jött létre, a „hiányzó” 3 naptömegnek megfelelő energia pedig a gravitációs hullámok létrehozására fordítódott. Az ütközés rövidke ideje alatt a gravitációs hullámok teljes kimenő teljesítménye 50-szer akkora volt, mint a világegyetem összes csillagának együttes kimenő teljesítménye, mondta el a sajtótájékoztatón Kip Thorne, a Caltech kutatója, a LIGO egyik alapítója. „Ez egészen hihetetlen” ‒ tette hozzá a szakértő. A létrejött fekete lyuk először szabálytalan alakú volt, így folytatta az erősebb hullámok keltését, majd lassan megnyugodott, és vele együtt kisimult a környező téridő is.
A LIGO kísérlet üzemeltetői a műszerek ellenőrzése és az elemzők ébren tartása végett időről időre hamis jeleket táplálnak bele a rendszerbe. Jelen esetben azonban fel sem merült, hogy erről lenne szó, a próbaüzem ideje alatt ugyanis nem alkalmaznak ilyeneket. Persze más tényezők is eredményezhetnek álpozitív jeleket, a szakértők azonban a szeptember 14-én észlelt szignál kapcsán minden általuk lehetségesnek tartott hibát kizártak. A tényleges észlelést az is megerősíti, hogy a két detektor gyakorlatilag egyező lefutású jelet észlelt, és ez pontosan úgy nézett ki, mint amilyennek a számítógépes szimulációk és Einstein egyenletei alapján a gravitációs hullámoknak lenniük kell.
A gravitációs hullámok közvetlen észlelése azért hihetetlenül fontos mérföldkő, mert általuk a világegyetem egy egészen új arcát ismerhetjük meg. Mostanáig például senki sem tudta biztosan, hogy léteznek olyan méretű fekete lyukak, mint amelyek a szeptemberben a Földön áthaladó hullámokat keltették. Az eredmény tehát egyben fontos csillagászati megfigyelés is, amely megnyitja az utat a gravitációshullám-asztronómia kibontakozása felé.
„Nagyon hosszú volt az ide vezető út, de ez még csak a kezdet” ‒ mondta el Gabriela Gonzalez, a LIGO sajtószóvivője. „Az első észlelést sok további követi majd. Most, hogy rendelkezünk olyan detektorokkal, amelyek képesek ezen rendszerek észlelésére, és tudjuk, hogy vannak odakint kettős fekete lyukak, elkezdhetjük hallgatni az univerzum hangjait.” A szakértők hozzátették, hogy fejlesztés alatt áll több olyan detektor is, amelyek még érzékenyebb észleléseket tehetnek lehetővé, az ég felé fordított „fülekben” tehát nem lesz hiány. Reméljük, hogy hallgatni is lesz mit.
A LIGO együttműködésben több mint ezer kutató vett részt 83 intézményből és 15 országból, köztük számos magyar szakértő is. Fontos feladatokat végzett el projekt kapcsán a Frei Zsolt által irányított, 2007-ben létrejött Eötvös Gravity Research Group kutatócsoport, amelyben akadémiai és egyetemi kutatók is dolgoznak, és amelynek működését az MTA, az NKFIH, az ELTE, a Szegedi Tudományegyetem és az MTA Atomki is támogatta. A magyar kutatók egy magyar nyelvű információs oldalt is összedobtak a felfedezésről, amely ittérhető el azok számára, akiket részletesebben is érdekel a téma.
