A bejelentés
július 14-én a glasgowi GR24 & Amaldi16 gravitációs konferencián a LIGO–Virgo–KAGRA (LVK) Együttműködés bejelentette a tudományos világ egyik legjelentősebb felfedezését: a gravitációs hullám-detektorok rögzítették a valaha megfigyelt legtömegesebb fekete lyuk-összeolvadást. Az esemény, amelyet GW231123 jelzéssel láttak el, 2023. november 23-án zajlott le, és az azt kiváltó gravitációs hullámok ekkor érték el a Földet. A jel elemzése több mint másfél évet vett igénybe, mielőtt az eredmények nyilvánosságra kerülhettek volna.
A kozmikus katasztrófa eredménye egy 225 naptömeget meghaladó fekete lyuk, ami az eddigi rekordot – a 2021-ben rögzített GW190521 esemény 140 naptömegét – messze felülmúlja.
Mi is történt valójában?
Képzeljük el, hogy két óriási kozmikus objektum – egy körülbelül 103 naptömegű és egy 137 naptömegű fekete lyuk – spirálpályán kerengett egymás körül, és végül összeolvadt. Az összeolvadás pillanatában hatalmas energiamennyiség szabadult fel gravitációs hullámok formájában, amelyek a téridő szövetét hullámszerűen torzítva, fénysebességgel száguldottak végig az Univerzumon, míg el nem érték az Egyesült Államokban lévő LIGO-detektorokat.
A LIGO két detektora – egy Hanfordban (Washington állam) és egy Livingstonban (Louisiana állam) – egymástól több ezer kilométerre regisztrálta ugyanazt a jelenséget, ami megkérdőjelezhetetlenné tette a felfedezést. Az olaszországi Virgo és a japán KAGRA detektor szintén részt vett az adatok elemzésében.
Miért különlegesek ezek a fekete lyukak?
A felfedezés nem csupán rekordot dönt – komoly kihívást jelent a jelenlegi csillagfejlődési modelleknek is. A hagyományos elmélet szerint a körülbelül 50–130 naptömeg közötti tömegű fekete lyukak nem jöhetnek létre közvetlenül csillagok összeomlásából, mivel az ilyen tömegű csillagok egy úgynevezett pár-instabilitásos szupernóva (pair-instability supernova) robbanásban teljes egészében szétszóródnak – nem hagynak maguk után fekete lyukat.
Ezt a tartományt a szakemberek "tiltott zónának" (mass gap) hívják. Mégis, a GW231123 esemény épp ebből a tiltott zónából érkezett: mindkét fekete lyuk jóval meghaladja az 50 naptömeget. Az egyik lehetséges magyarázat, hogy ezek a fekete lyukak nem először olvadtak össze: korábbi, kisebb összeolvadások eredménye lehet mindkettő – ez az úgynevezett hierarchikus összeolvadás hipotézise.
Ez a forgatókönyv ráadásul a fekete lyukak gyors forgásával is alátámasztható: mindkét objektum rendkívül nagy szögsebességgel pörgött, ami szintén az összetett keletkezési folyamatra utal.
Mit mondanak a szakértők?
Mark Hannam professzor, az LVK Tudományos Együttműködés tagja a bejelentéskor így nyilatkozott: „Ez a felfedezés alapjaiban kérdőjelezi meg jelenlegi modelleinket arról, hogyan keletkeznek a fekete lyukak."
Az Alberti Einstein Intézet (Potsdam, Németország) kutatói kulcsszerepet játszottak a jel elemzésében: az ő gyorsan forgó fekete lyukakra kidolgozott modelljeiket kellett alkalmazni a mérési adatok helyes értelmezéséhez. A felfedezés a Nature tudományos folyóiratban jelent meg, és azóta az asztrofizika egyik legidézettebb cikke lett 2025-ben.
A gravitációs hullámkutatás jövője
A GW231123 esemény rámutat arra is, hogy milyen rendkívüli lehetőségeket rejt a jövő. Az LVK hálózat a negyedik megfigyelési futam során (O4) eddig már több mint 200 fekete lyuk-összeolvadást rögzített, és összesen körülbelül 300-at az összes futam alatt 2015 óta.
A következő generációs gravitációs hullám-detektor, az Einstein Teleszkóp (ET), amelynek megépítésére éppen most folynak az előkészületek Európában, még ennél is érzékenyebb lesz – és képes lesz az Univerzum legtávolabbi szeleteibe is betekinteni.
Magyar kapcsolat: Hazai kutatók a gravitációs hullámok élvonalában
Magyarország nem csupán néző ebben a történelmi kutatásban – aktív résztvevő. A gravitációs hullámok felfedezése óta magyar kutatók szorosan beágyazódtak a LIGO–Virgo Együttműködésbe.
Az ELTE Eötvös Gravitációs Kutatócsoport (Eötvös Gravity Research Group) – amelyet Frei Zsolt alapított 2007-ben – az egyik legrégebbi és legaktívabb magyar résztvevő a LIGO Tudományos Együttműködésben. Raffai Péter, a csoport adatfeldolgozási vezetője, az ELTE-n Gravitációs Hullám Asztrofizika című mesterfokú kurzust is tart magyar hallgatóknak. A Szegedi Tudományegyetemen Gergely László professzor vezet önálló kutatócsoportot, amely az összeolvadó fekete lyukak által keltett hullámformák modellezésével foglalkozik – ez közvetlenül alkalmazható a GW231123-hoz hasonló jelek értelmezésében.
A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont szintén meghatározó szerepet tölt be: egyrészt a Virgo Tier 2 Computing Site üzemeltetőjeként biztosít számítási kapacitást az európai detektor adatainak feldolgozásához, másrészt a Wigner Gravitációs Fizikai Kutatócsoportja (vezető: Gergely László Árpád) aktívan részt vesz a gyorsan reagáló megfigyelési műszakokban (rapid response shifts). Ez azt jelenti, hogy amikor egy gravitációs hullám-jelet detektálnak, a wigneres kutatók perceken belül bekapcsolódnak az adatelemzési folyamatba.
Különösen figyelemre méltó, hogy a Budapest az Einstein Teleszkóp Együttműködés születéshelye – az ET Kollaboráció alakuló ülése a magyar fővárosban zajlott le, ami jól jelzi Magyarország megbecsült szerepét a gravitációs hullámkutatás európai közösségében.
Miért fontos ez mindannyiunknak?
A gravitációs hullámok kutatása nem csupán elvont fizikai kíváncsiság kielégítéséről szól. Ezek a felfedezések:
Tesztelik az általános relativitáselméletet extrém körülmények között, ahol Einstein egyenletei eddig soha nem vizsgált tartományba lépnek
Feltárják az Univerzum legszélsőségesebb objektumait, amelyeket semmilyen más módszerrel nem lehetne megfigyelni
Választ keresnek az anyag–antianyag aszimmetria és az Univerzum tágulásának titkaira
Előkészítik a talajt az Einstein Teleszkóp és a LISA (Laser Interferometer Space Antenna) jövőbeli missziókhoz, amelyek akár a Nagy Bumm közvetlen gravitációs visszhangját is detektálhatják
A GW231123 esemény tehát nemcsak rekord – az asztrofizika új fejezetének nyitánya.