A kutatók a LIGO és a Virgo detektorok 2019-es adatai közt azonosították a hatalmas összeolvadás jellegzetes utórezgéseit. A valaha észlelt legnagyobb fekete lyukak összeolvadása során az első becslések szerint a Nap tömegének 150-szeresét kitevő fekete lyuk jött létre. A kutatók most azt állítják, hogy először találtak bizonyítékot a régóta keresett „lecsengésre”, amely akkor indult ki a keletkező fekete lyukból, miközben az gömb alakúvá rendeződött.

Az eredmények újabb, fontos bizonyítékát jelentik Albert Einstein általános relativitáselméletének, amely részletes magyarázatokkal tesz mind a fekete lyukakra, mind a gravitációs hullámokra vonatkozóan, mondja Steven Giddings, a Kaliforniai Egyetem elméleti fizikusa.

Badri Krishnan fizikus, az eredményekről beszámoló tanulmány egyik szerzője is elmondta, hogy pályafutása során korábban csak elméleti lehetőségként dolgozott ilyen típusú elemzéseken. „Soha nem gondoltam volna, hogy valaha is látni fogok ilyen mérést az életemben” – mondja Krishnan, aki jelenleg a hollandiai Radboud Egyetemen dolgozik. Az eredményeket a múlt héten a Physical Review Letters című folyóiratban tették közzé.

A gravitációshullám-csillagászat 2015-ös kezdetei óta mára gyakorlatilag rutinná vált az összeolvadó fekete lyukak észlelése. A LIGO Washington államban és Louisianában található ikerdetektorai jelenleg már átlagosan hetente több mint egyszer észlelnek ilyen összeolvadásokat. A LIGO és az olaszországi Pisa közelében található kisebb Virgo obszervatórium adatai jellemzően két masszív objektum gravitációs hullámainak jeleit mutatják, amelyek spirálisan egymás felé zuhannak, amíg össze nem olvadnak. A pályák jellege és a hullámok gyorsuló frekvenciája alapján meg lehet állapítani a két objektum és az egyesülésük eredményeként létrejövő nagyobb fekete lyuk tömegét. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb tömegűek az objektumok, annál hosszabb a pályaidejük az összeolvadás pillanatában, és annál alacsonyabb lesz gravitációs hullámaik frekvenciája.

Az eddig észlelt ilyen események közül azonban kiemelkedett a 2019-es GW190521. Ennek összeolvadási frekvenciája annyira alacsony volt, hogy a rendszer csak a két utolsó „kör” során került a LIGO és a Virgo érzékenységi tartományába. Krishnan és kollégái, akik nem állnak kapcsolatban a LIGO-Virgo kollaborációval, azt akarták megvizsgálni, hogy az ebből az eseményből származó gravitációs hullámok hordozhatnak-e információt nemcsak az összeolvadást megelőző időszakról, hanem az azt közvetlenül követő pillanatokról is. Abban a pillanatban, amikor két fekete lyuk összeolvad, a keletkező fekete lyuk szabálytalan alakú. A fekete lyukak azonban csak akkor stabilak, ha gömb formát vesznek fel. És ezt ezredmásodperceken belül meg is teszik, mivel ez a legalacsonyabb energiájú állapot.

Ahogyan a harangok alakjuktól függően eltérő frekvenciával szólalnak meg, a stabilizálódó fekete lyuk kapcsán is megfigyelhető egyfajta „lecsengés”, a gravitációs hullámok megváltozása, ahogy az új forma stabilizálódik, mondja Krishnan. És ezeknek a lecsengési frekvenciák mérése alternatívát kínál az összeolvadás előtti mérésékhez szemben, amikor a képződő fekete lyuk tulajdonságainak becslésére kerül sor. Krishnan és kollégái elemezték a GW190521-es esemény adatait, hogy bizonyítékot keressenek a lecsengésre. Két különálló frekvenciasorozatot találtak, amelyek alapján a keletkező fekete lyuk tömegét körülbelül 250 naptömegűre teszik, ami még annál is sokkal nehezebb, mint amit a LIGO-Virgo csapat eredeti elemzése sugallt.