FRISSÍTVE: Évtizedekig tartó kutatás után tudósok egy nemzetközi csoportja végre közvetlen bizonyítékot talált az Albert Einstein által száz éve megjósolt gravitációs hullámok létezésére, vagyis a téridő görbületének hullámszerűen terjedő megváltozására.

Az óriási jelentőségű felfedezésről az amerikai National Science Foundation, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech), a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) és a LIGO (lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium) Tudományos Együttműködés tagjai számoltak be csütörtökön Washingtonban.

David Reitze, a LIGO-kísérlet igazgatója, a Caltech tudósa szerint eredményeik újfajta csillagászati kutatások előtt nyithatnak utat és megfigyelhetővé tesznek eddig megfigyelhetetlen jelenségeket, például két fekete lyuk összeolvadását. A gravitációs hullámok ugyanis egyedi információt hordoznak forrásaikról és a gravitáció természetéről.

Einstein pár hónappal azután, hogy közzétette általános relativitáselméletét, 1916 júniusában jósolta meg, hogy minden gyorsuló tömeg gravitációs hullámot kelt, és a hullámok annál erősebbek, minél nagyobb az objektum tömege.

Gravitációs hullámokat tehát elsősorban nagyszabású kozmikus események, például szupernóvák vagy összeolvadó fekete lyukak keltenek, a hullámok azonban még ezek esetében is csak olyan parányi - pár kilométeres távolság esetén a proton átmérőjének töredékét jelentő - változásokat okoznak a téridőben, hogy még maga Einstein sem hitt abban, hogy valaha mérhetők lesznek. Közvetve 1974-ben sikerült kimutatni őket, de a tudósok több mint ötven éve keresték a közvetlen bizonyítékot is a létezésükre.

A LIGO tudósainak két fekete lyuk összeolvadása révén sikerült közvetlenül megfigyelniük a gravitációs hullámokat 2015. szeptember 14-én, egy Földtől 1,3 milliárd fényévnyire lévő galaxisban. Az esemény során példátlan mennyiségű energia szabadult fel, amelyet a gravitációs hullámok továbbítottak. Az eredeti fekete lyukak tömege 29, illetve 36 naptömeg volt, az összeolvadásukkal keletkezett objektumé azonban csak 62 - mondta Gabriela González, a LIGO tudományos együttműködésért felelős vezetője, a Louisianai Állami Egyetem kutatója.

A LIGO a világ egyik legérzékenyebb tudományos műszere, amely a közelmúltban esett át nagyszabású fejlesztésen. Az egymilliárd dolláros szerkezet két egyforma, négy kilométer hosszú lézerdetektorból áll, amelyeket a Caltech és az MIT épített abból a célból, hogy a Földet elérő gravitációs hullámok által okozott rezgéseket észleljék. A detektorok egyike a Louisiana állambeli Livingstonban, a másik a Washington állambeli Hanfordban van, és a proton méreténél tízezerszer kisebb változásokat képesek mérni a téridőben.

Az adatokat nemzetközi összefogásban értékelik, az együttműködésben magyar kutatócsoportok is közreműködnek: köztük a Frei Zsolt asztrofizikus által irányított Eötvös Gravity Research Group és a Wigner Fizikai Kutatóközpont, amelynek munkatársai a LIGO és az Olaszországban működő Virgo detektor közös adatfeldolgozásában vettek részt.

Új ablak az univerzumra

A gravitációs hullámok felfedezése új ablakot nyit az univerzumra, a jelenség első közvetlen észleléséhez magyar kutatók is hozzájárultak - hangsúlyozta a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) elnöke a szervezet csütörtöki budapesti sajtótájékoztatóján, amelyen Frei Zsolt, a kutatás résztvevője többek közt azt emelte ki, hogy a gravitációs hullámok első közvetlen észlelése több világraszóló felfedezést is takar.

Lovász László emlékeztetett arra, hogy a LIGO (lézer interferométeres gravitációshullám-vizsgáló obszervatórium) Tudományos Együttműködésben több magyar tudóscsapat is közreműködött: "a munka oroszlánrészét" a Frei Zsolt vezette Eötvös Gravity Research Group (EGRG) végezte, de az adatfeldolgozásban részt vett az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont is. Utóbbi a szintén a gravitációs hullámokat kutató Virgo együttműködés tagja.

"A gravitációs hullámok felfedezése az alapkutatás látványos sikere, amely mögött több mint egymilliárd dolláros befektetés és több évtizedes műszerfejlesztés áll" - mondta az MTA elnöke.  A budapesti sajtótájékoztatón Frei Zsolt elmondta: 2015. szeptember 14-én a LIGO mindkét detektora ugyanazt a gravitációs hullámokra utaló jelet érzékelte, amelynek forrása egy Földtől 1,3 milliárd fényévnyire lévő galaxisban összeolvadó két fekete lyuk volt.

Az ütközés révén három naptömegnyi energia szabadult fel, ugyanannyi, mintha háromezer tipikus szupernóva-robbanás következett volna be egyszerre. Más példával élve ez az energiamennyiség 4500-szor több, mint amit a Nap egész életében ki fog sugározni - tette hozzá.

A két fekete lyuk évmilliókig kerülgette egymást, a végső nyolc keringést már mindössze 0,2 másodperc alatt tették meg, míg a legutolsó keringés csupán a másodperc százötvened részéig tartott. Az összeolvadás pillanata előtt, az eseményhorizontok találkozásánál a két fekete lyuk távolsága mindössze 210 kilométer volt - fejtette ki.

Frei Zsolt emlékeztetett arra, hogy Albert Einstein 1916-ban még úgy vélte, a gravitációs hullámok csupán oly apró változást idéznek elő a téridő szövetén, amelyet valószínűleg soha nem lehet majd emberi műszerekkel érzékelni.

A mai technika viszont lehetővé tette, hogy a LIGO detektorai két, egyenként négy kilométeres karjuk között a téridőnek a proton töredék részével egyenlő méretű elváltozását is kimutassák - fűzte hozzá. Az asztrofizikus az egyik legkritikusabb problémának egyébként a zaj kiszűrését nevezte, ugyanis a detektorok olyan érzékenyek, hogy külön észlelik a több száz kilométerre fekvő tengerpartra becsapódó hullámokat is.

Három felfedezés történt

Frei Zsolt hangsúlyozta: nem csupán egy, hanem egyszerre három felfedezés történt, hiszen a gravitációs hullámok első közvetlen érzékelése mellett először sikerült bizonyítani a kettős fekete lyukak létezését. Emellett a fekete lyukak összeolvadása a legnagyobb energiájú folyamat, amelyet az emberiség valaha is észlelt.

"Eddig csak az elektromágneses kölcsönhatás alapján figyelhettük meg az eget - ugyanis a fény, de a rádióhullámok vagy a röntgensugárzás is ennek különböző megnyilvánulási formái. Mostantól olyan jelenségeket is észlelhetünk és hallhatunk majd, amelyeket eddig nem tudtunk megfigyelni" - tette hozzá.

A magyar tudósok - az EGRG mellett az MTA Atommagkutató Intézet, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, és a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) fizikusai - a felfedezés sikeréhez többek között műszerfejlesztésével, hullámforma-modellezéssel, adatelemzéssel, műszakfelügyelettel és egy olyan galaxiskatalógus összeállításával járultak hozzá, amelynek segítségével a jövőben pontosabban meg lehet határozni a feketelyuk-párok összeolvadásának egyelőre bizonytalan helyszínét.

Nyilvánvalóan Nobel-díjat ér

Raffai Péter, az EGRG tagja a gravitációs hullámok érzékelésének körülményeiről szólva elmondta, a LIGO belső működési mechanizmusának része az is, hogy időnként mesterséges jelekkel tesztelik a kutatókat és a keresőprogramokat.

Mivel azonban a fekete lyukak ütközésének jelét egy nagyszabású fejlesztés elvégzését követően, négy nappal a hivatalos mérési szezon kezdete előtt érzékelték, a jelek nem lehettek mesterségesek, így szinte napokon belül sejteni lehetett, hogy fontos észlelés történt - fűzte hozzá.

Frei Zsolt az MTI-nek a sajtótájékoztatót követően hangsúlyozta: nem valószínű, hogy a felfedezés tévesnek bizonyul majd, hiszen egymástól több ezer kilométerre fekvő két detektor is fogta egyszerre ugyanazt a jelet, az adatok elemzésével pedig több mint 50 millió processzor-órát töltöttek el.

Mint fogalmazott, "inkább előbb, mint utóbb" várható, hogy a gravitációs hullámok érzékeléséért Nobel-díjjal jutalmazzák a sikeresnek bizonyult mérési eljárást kifejlesztő kutatókat, Rainer Weisst, Kip Thorne-t és Ronald Drevert.