2008.01.04. - Rö­vid gam­ma­vil­la­nás gra­vi­tá­ci­ós hul­lám nél­kül

A LI­GO el­ne­ve­zé­sű, gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok de­tek­tá­lá­sá­ra szol­gá­ló la­bo­ra­tó­ri­um ne­ga­tív mé­ré­si ered­mé­nye meg­kér­dő­je­lez­he­ti a rö­vid gam­ma­vil­la­ná­sok je­len­leg leg­in­kább el­fo­ga­dott ma­gya­rá­za­tát.

A gam­ma­vil­la­ná­sok a Vi­lág­egye­tem leg­he­ve­sebb és leg­na­gyobb ener­gi­át fel­sza­ba­dí­tó fo­lya­ma­tai. A je­len­ség hossza alap­ján két fő tí­pu­su­kat kü­lön­böz­te­tik meg. A 2 má­sod­perc­nél rö­vi­debb ese­mé­nyek az ún. rö­vid, míg a 2 má­sod­perc­nél to­vább tar­tók az ún. hosszú gam­ma­vil­la­ná­sok. A je­len­ség okai még egy­ál­ta­lá­ban nem tisz­tá­zot­tak. A hosszú gam­ma­vil­la­ná­sok kö­zül egé­szen z=6,3 vö­rös­el­to­ló­dá­sig sok olyan ga­la­xi­sok­hoz kap­csol­ha­tó, me­lyek­ben he­ves csil­lag­ke­let­ke­zé­si fo­lya­ma­tok zaj­la­nak, míg né­hány kö­ze­leb­bi nagy va­ló­szí­nű­ség­gel szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok­hoz köt­he­tő. A rö­vid gam­ma­vil­la­ná­sok okai en­nél sok­kal bi­zony­ta­la­nab­bak. De­tek­tál­tak kü­lön­bö­ző tí­pu­sú és csil­lag­ke­let­ke­zé­si múlt­tal ren­del­ke­ző ga­la­xi­sok­hoz kap­cso­ló­dó­kat, de ta­lál­tak már olyat is, mely­nek for­rá­sa a Tej­út­rend­szer­ben van. A je­len­leg leg­in­kább el­fo­ga­dott ma­gya­rá­zat sze­rint itt kom­pakt ket­tő­sök, pél­dá­ul két ne­ut­ron­csil­lag vagy egy ne­ut­ron­csil­lag és egy fe­ke­te lyuk össze­ol­va­dá­sá­ról, il­let­ve a fo­lya­mat köz­ben fel­sza­ba­du­ló ener­gia pil­la­nat­sze­rű ki­tö­ré­sé­ről van szó. Sta­tisz­ti­kai vizs­gá­la­tok alap­ján el­kép­zel­he­tő az is, hogy a rö­vid vil­la­ná­sok kö­rül­be­lül ha­to­da ún. SGR (Soft Gam­ma-ray Re­pea­ter, is­mét­lő­dő lágy­rönt­gen-ki­tö­rő) le­het, me­lyek ener­gi­á­ja ki­sebb. Nincs még olyan po­zi­tív ész­le­lés, ami az össze­ol­va­dá­si hi­po­té­zist bi­zo­nyí­ta­ná, vi­szont van egy ne­ga­tív, ami akár a cá­fo­la­tát is je­lent­he­ti.

A LI­GO pro­jekt in­ter­fe­ro­mé­te­re­i­nek több ki­lo­mé­ter hosszú alag­út­jai ma­dár­táv­lat­ból a Wa­shing­ton ál­lam­be­li Han­ford­ban és a Lo­u­i­si­a­na ál­lam­be­li Li­vings­ton­ban.
[La­ser In­ter­fe­ro­me­ter Gra­vi­ta­ti­o­nal-Wa­ve Ob­ser­va­to­ry]

A kér­dés tisz­tá­zá­sá­ban fon­tos sze­re­pe le­het a fel­té­te­le­zett össze­ol­va­dá­si fo­lya­mat köz­ben ger­jesz­tett, az ál­ta­lá­nos re­la­ti­vi­tás el­mé­le­te ál­tal meg­jó­solt gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok de­tek­tá­lá­sá­nak. Az el­kép­ze­lé­sek sze­rint ezek­nek a vi­szony­lag jól mo­dele­zett amp­li­tú­dó- és frek­ven­cia­el­osz­lás­sal ren­del­ke­ző hul­lá­mok­nak még az össze­ol­va­dás előtt fá­zis­ban kell ke­let­kez­ni­ük, ami­kor a kom­po­nen­sek spi­rá­lis pá­lyán kö­ze­led­nek egy­más fe­le.

A gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok de­tek­tá­lá­sá­ra szol­gá­ló kí­sér­le­tek több év­ti­ze­des múlt­ra te­kin­te­nek vissza. Kö­zü­lük az egyik leg­újabb a két nagy ame­ri­kai egye­tem, a Cal­tech és az MIT ál­tal üze­mel­te­tett LI­GO (La­ser In­ter­fe­ro­me­ter Gra­vi­ta­ti­o­nal-Wa­ve Ob­ser­va­to­ry). A vi­lág 12 or­szá­gá­ból 580 tu­dóst össze­fo­gó pro­jekt fő in­ter­fe­ro­mé­te­rei Han­ford­ban (USA, Wa­shing­ton ál­lam) és Li­vings­ton­ban (USA, Lo­u­i­si­a­na ál­lam) ta­lál­ha­tók, de ré­sze még a há­ló­zat­nak pél­dá­ul a né­met­or­szá­gi Han­no­ver mel­lett mű­kö­dő GE­O600 in­ter­fe­ro­mé­ter is. Az L ala­kú, több ki­lo­mé­ter hosszú, Mi­chel­son és Fabry-Pe­rot üzem­mód­ban mű­kö­dő ágak­kal ren­del­ke­ző in­ter­fe­ro­mé­te­rek vá­ku­um­alag­út­ja­i­ban osz­tott lé­zer­nya­lá­bok se­gít­sé­gé­vel rend­kí­vül nagy pon­tos­ság­gal tud­ják mér­ni az alag­út­ak­ban el­he­lye­zett tük­rök tá­vol­sá­gát. Eins­tein el­mé­le­te sze­rint a nagy­tö­me­gű, gyor­su­ló moz­gást vég­ző ob­jek­tu­mok - ese­tünk­ben pél­dá­ul az össze­ol­va­dás előt­ti fá­zis­ban lé­vő ne­ut­ron­csil­la­gok - meg­za­var­ják a tér­idő szer­ke­ze­tét a kör­nye­ze­tük­ben. Ez a za­var az­tán gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok for­má­já­ban to­va­ter­jed, s köz­ve­tí­té­sük­kel a ki­vál­tó ob­jek­tum óri­á­si tá­vol­sá­gok­ban is érez­te­ti ha­tá­sát, az in­ter­fe­ro­mé­te­rek­ben pél­dá­ul olyan mó­don, hogy a hul­lá­mok át­ha­la­dá­sa­kor ki­csit meg­vál­to­zik a tük­rök tá­vol­sá­ga. A fény­se­bes­ség­gel ter­je­dő gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok az alag­utak két-két vé­gét kö­rül­be­lül 10 mik­ro­sze­kun­du­mos idő­kü­lönb­ség­gel érik el. Há­rom­szö­ge­lé­si mód­szer­rel így a for­rás égi po­zí­ci­ó­ja is meg­ha­tá­roz­ha­tó. A LI­GO be­ren­de­zé­sei olyan ér­zé­ke­nyek, hogy a tük­rök tá­vol­sá­gá­ban egy pro­ton "át­mé­rő­je" ez­red ré­szé­nek meg­fe­le­lő vál­to­zást - ez mind­össze 10^-18 m! - is ké­pe­sek ki­mu­tat­ni.

Az ESO VLT táv­cső­együt­te­sé­vel ké­szült fel­vé­tel a GRB 20070201 ka­ta­ló­gus­je­lű gam­ma­vil­la­nás égi kör­nye­ze­té­ről. A vil­la­nás he­lyét a ké­pen nyíl mu­tat­ja.
[Euro­pe­an So­ut­hern Ob­ser­va­to­ry]

2007. feb­ru­ár 1-jén az IPN (In­ter­pla­ne­tary Net­work) há­ló­zat há­rom, gam­ma-de­tek­tor­ral fel­sze­relt mű­hold­ja és a NA­SA Swift mű­hold­ja is ész­lelt egy rö­vid gam­ma­vil­la­nást az And­ro­mé­da ga­la­xis irá­nyá­ból. A je­len­ség az idő­pont alap­ján a GRB 070201 (GRB = Gam­ma Ray Burst) ka­ta­ló­gus­jel­zést kap­ta. A je­len­ség so­rán a Han­ford­ban ta­lál­ha­tó 2 és 4 km-es in­ter­fe­ro­mé­ter (az L két szá­ra) is üze­melt és ada­to­kat gyűj­tött, de a mé­ré­si ered­mé­nyek kö­zött sem­mi nyo­ma az előb­bi­ek alap­ján az ese­mény­hez köt­he­tő gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok ha­tá­sá­nak! Ha a vil­la­nás az M31 egyik spi­rál­kar­já­ban kö­vet­ke­zett be, ak­kor sem­mi­kép­pen nem okoz­hat­ta két kom­pakt ob­jek­tum össze­ol­va­dá­sa, ugyan­is az And­ro­mé­da-köd tá­vol­sá­gá­ban le­zaj­ló ilyen gran­di­ó­zus ese­ményt a LI­GO hi­per­ér­zé­keny de­tek­to­rai mi­nen­kép­pen je­lez­tek vol­na. A de­tek­tál­ha­tó gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok hi­á­nya per­sze je­lez­he­ti azt is, hogy a gam­ma­vil­la­nást ki­vál­tó össze­ol­va­dás jó­val tá­vo­labb kö­vet­ke­zett be, il­let­ve el­kép­zehe­tő még az a ma­gya­rá­zat is, hogy az ese­mény még­is­csak az M31-ben kö­vet­ke­zett be, de "csak" egy SGR-ről van szó.

Az IPN3 (Third In­ter­pla­ne­tary Net­work) gam­ma-de­tek­to­rok­kal fel­sze­relt mű­hold­há­ló­zat mé­ré­se­i­nek hi­ba­do­bo­za ke­resz­te­zi az M31 egyik spi­rál­kar­ját. Ez alap­ján el­kép­zel­he­tő, hogy a gam­ma­vil­la­nás az And­ro­mé­da ga­la­xis­ban kö­vet­ke­zett be. A nagy ké­pen a ga­la­xis ult­ra­ibo­lya tar­to­mány­ban ké­szült fel­vé­te­le lát­ha­tó a hi­ba­do­boz egy ré­szé­vel, míg a kis in­zer­ten az SDSS-ből ki­má­solt ké­pe a tel­jes hi­ba­do­boz­zal.
[IPN3, SDSS 2007, Thil­ker és tár­sai]

A ku­ta­tás­ban részt­ve­vő szak­em­be­rek ki­vé­tel nél­kül egyet­ér­te­nek ab­ban, hogy ez a ne­ga­tív ered­mény is rend­kí­vül fon­tos, mi­vel új szem­pon­to­kat vet­het fel a rö­vid gam­ma­vil­la­ná­sok ku­ta­tá­sá­ban, de ta­lán még en­nél is fon­to­sabb, hogy meg­mu­tat­ta a gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok de­tek­tá­lá­sá­val fog­lal­ko­zó fi­zi­ku­sok és az el­ső­sor­ban az elekt­ro­mág­ne­ses hul­lá­mo­kat vizs­gá­ló csil­la­gá­szok kö­zöt­ti gyü­möl­csö­ző együtt­mű­kö­dés le­he­tő­sé­gét. A be­ren­de­zé­sek to­vább­fej­lesz­tett vál­to­za­ta (Ad­van­ced LI­GO) kö­rül­be­lül 1 nagy­ság­rend­del ér­zé­ke­nyebb lesz. Se­gít­sé­gé­vel akár na­pon­ta ész­lel­he­tők lesz­nek gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mo­kat ge­ne­rá­ló ese­mé­nyek, így a LI­GO egy éves ész­le­lé­si prog­ram­ja mind­össze né­hány óra alatt tel­je­sít­he­tő ve­le, jó esélyt te­remt­ve ar­ra, hogy hosszú vá­ra­ko­zás után vég­re min­den két­sé­get ki­zá­ró mó­don de­tek­tál­junk egy gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mo­kat kel­tő ese­ményt.

For­rás:

• Cal­tech NR 2008.01.02.