Gravitasjonsbølger: Lyden av universet

Den største oppdagelsen siden radioaktivitet

14. september 2015 målte to amerikanske observatorier noe som ville endre astrofysikken for alltid: gravitasjonsbølger. For første gang hadde mennesker registrert de usynlige ripplingene i romtidsstoffet selv.

Gravitasjonsbølger var forutsagt av Albert Einsteins relativitetsteorier i 1916, men hadde aldri direkte vært målt før. Da de endelig ble oppdaget – på bakgrunn av to sammensmellende sorte hull – var det så kontroversielt at det ble tildelt Nobelprisen i fysikk.

I dag, bare ti år senere, har vi detektert hundrevis av gravitasjonsbølge-hendelser. Disse oppdagelsene har gitt oss helt nye måter å se på universet på – bokstaveligtalt gjennom romtidens bølger istedenfor gjennom lys alene.

Einsteins propesi: Gravitasjonsbølger

Albert Einstein skrev i 1916 at hvis massive objekter akselererer gjennom rommet, burde det skape bølger i romtidsstoffet – akkurat som en sten kastet i et stille vann skaper ripplinger.

Tanken var genial, men målingene var umulig vanskelig. Gravitasjonsbølger er så svake at når de passerer jorden, strekker og komprimerer de mellomrommet mindre enn en protonradius. For å detektere dem trengte du en sensor som kunne måle endringer på 10^-21 – en milliondel av en trilliontal.

I mange tiår trodde scentister at det var umulig å bygge en sensor så sensitiv. Men da laserteknikken utviklet seg, og såkalte LIGO-detektorer ble oppbygget, ble umulig plutselig mulig.

Hvordan detekteres gravitasjonsbølger?

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) bruker et genialsk prinsipp. Hver detektor har to lange armer som danner en L-form – hver arm er 4 kilometer lang.

En laserstråle sendes ned hver arm, reflekteres av speil, og kommer tilbake. Når gravitasjonsbølger passerer, strekker de en arm og komprimerer den andre med infinitesimal små beløp. Laseren merker denne tidsendringen, og et interferometrisk mønster dannes.

Ved å analysere mønsteret kan astronomer beregne hvor gravitasjonsbølgene kom fra, hvor sterke de var, og hva som skapte dem – f.eks. to sammensmellende sorte hull, eller neutronsstjerner som kolliderer.

Hva har gravitasjonsbølger avslørte om universet?

Siden 2015 har LIGO og Virgo (en europeisk gravitasjonsbølge-detektor) åpnet et helt nytt «vindu» til universet. Vi har nå direkte bevis på at sorte hull kolliderer mye oftere enn vi trodde.

Vi har også oppdaget at noen sorte hull er mye større enn antatt – med masser på 40–50 ganger solens masse. Dette utfordrer våre modeller for hvordan sorte hull dannes.

Kanskje viktigst av alt: vi kan nå «høre» universet ved å lytte til gravitasjonsbølgene. I viss forstand kan vi nå oppleve kosmiske dramaer – sammenfall, eksplosjoner og kollisjoner – gjennom disse usynlige bølgene, ikke bare gjennom teleskoper.

Tall og trender

Framtidens gravitasjonsbølgeastronomi

I årene som kommer vil nye detektorer – som Einstein Telescope i Europa og Cosmic Explorer i USA – bli oppbygget. Disse vil være 10–100 ganger mer sensitive enn dagens LIGO. Med såkalte multi-messenger astronomy kombinerer astronomer gravitasjonsbølge-data med informasjon fra gammastråler, radiobølger og andre kilder. Dette gir langt dypere forståelse av hva som skjer. Kanskje mest spennend av alt: framtidsinstrumenter kan oppdage gravitasjonsbølger fra det virkelig tidlige univers, fra få sekunder etter Big Bang. Det ville være den ultimate oppdagelsen – et direkte glimt av universets barndom.

"Gravitasjonsbølger gir oss en helt ny måte å observere universet på. Det er som å få øyne etter å ha vært blind."