Egy új kutatás forradalmasíthatja a gravitációs hullámokkal végzett megfigyeléseket, hiszen a legújabb generációs eszközök képesek lesznek detektálni a nagy tömegű csillagok halálakor bekövetkező szupernova-robbanásokat akár 65 millió fényév távolságban. Ez példátlan mérföldkő a csillagászatban, hiszen nemcsak saját galaxisunkban, hanem a Virgo-halmaz galaxisainak mélységében is nyomon követhetjük a jelenségeket. Az új technológia révén kiderülhet, hogy a szupernova-robbanás után a csillag neutroncsillaggá vagy fekete lyukká alakul-e.

Az első gravitációs hullám-detektor, a LIGO, már képes volt észlelni a fekete lyukak és neutroncsillagok összeolvadásából származó gravitációs hullámokat. Az olasz Virgo és a japán KAGRA detektorok bekapcsolása új dimenziót nyithat a fekete lyukak, neutroncsillagok és szupernóvák asztrofizikájában. A LIGO, a Virgo és a KAGRA (LVK) együttese képes lehet arra, hogy meghallja a galaxisunk közelében történt szupernova-robbanások „csiripelését”. De vajon hogyan bocsátanak ki gravitációs hullámokat a szupernóvák?

Einstein relativitáselmélete szerint a gyorsuló objektumok, mint például az egymásba spirálozó neutroncsillagok vagy fekete lyukak, kis fodrozódásokat hoznak létre a téridő szövetén, amelyeket gravitációs hullámoknak nevez az emberiség. Az ebből eredő összeolvadások során, amelyeket a gravitációs hullám-detektorok érzékelnek, nagytömegű fekete lyukak keletkezhetnek.

A szupernova-robbanások szintén gyorsuló mozgásokkal járnak: amikor egy nagy tömegű csillag magja összeomlik, az egy gyorsuló folyamatnak tekinthető, ami gravitációs hullámok kibocsátásával járhat. Azonban a nagy tömegű objektumok összeolvadásával ellentétben a szupernova-robbanások során még nem sikerült gravitációs hullámokat detektálni.

A LVK együttműködés keretein belül becslések szerint évente képesek lehetünk a szupernova-robbanások során keletkezett gravitációs hullámok észlelésére. Ezt a gyakoriságot a Tejútrendszer szupernova-rate-jához képest is megnövelheti, hiszen galaxisunkban akár több évtized is eltelhet egy-egy szupernova-robbanás között.

A hatalmas tömegű csillagok élete magösszeomlásos szupernova-robbanással ér véget. A csillag magja egy kritikus határig nő, majd gravitációsan összeomlik, létrehozva egy neutroncsillagot. A csillag külső burkának anyaga visszapattan, és egy kifelé terjedő lökéshullámot indít. Ha a mag továbbra is összehúzódik, fekete lyukká alakulhat.

Közelmúltban egy kutatócsoport az Ic típusú szupernova-robbanásokra fókuszált a gravitációs hullámok kontextusában. Az Ic típusú szupernóvák olyan csillagokból keletkeznek, amelyek haláluk előtt elveszítik külső hidrogén- és héliumburkájukat. A vizsgált alcsoport a hosszú gamma-kitörésekkel (long GRB) kapcsolatos, amelyek villanásszerű felfényesedések a gammatartományban, amelyeket a szupernova-robbanás maradványaként kialakult fekete lyuk pólusaiból kiáramló fénylő nyalábok keltenek.

A tanulmány szerzői megjegyzik, hogy az ilyen szupernova-robbanások által létrehozott fekete lyukakat egy sűrű anyagtórral veszik körül, amelyből anyag áramlik a központi objektumra, ezzel forgást biztosítva számára. Az impulzusmomentum átadás pedig gravitációs hullámok kibocsátásához vezet. Ahogy az anyagtórral a külső hőmérséklet csökken, és eltávolodik a központi fekete lyuktól, annak forgása lassulni kezd. Ekkor „negatív” gravitációs hullámok keletkeznek, mivel a frekvencia csökken, eltérve a kettős kompakt objektumok összeolvadásakor jellemzően növekvő frekvenciától.

Ezeket a gravitációs hullámokat kizárólag magösszeomlásos szupernova-robbanás során kialakult fekete lyuk bocsáthatja ki, mivel egy neutroncsillagnak nincs elegendő kezdeti energiája ahhoz, hogy ezt a detektálási módszert lehetővé tegye. Ha sikerülne az LVK együttműködés keretein belül lassuló gravitációs hullámot detektálni, biztosak lehetnénk abban, hogy az adott csillag magja fekete lyukká omlott össze.

A gravitációs hullámok vizsgálata új területet nyithat a csillagászatban, eltávolodva az elektromágneses sugárzás detektálásától, és mégis rengeteg új információval szolgálhat a szupernova-robbanások, fekete lyukak és neutroncsillagok világában.