Gravitasjonsbølger: En guide til romtidens krusninger

Ifølge den generelle relativitetsteorien forutså Albert Einstein gravitasjonsbølger i 1916, ifølge Wikipedia.

Når massive objekter akselererer, skaper de bølger i romtiden som sprer seg med lysets hastighet, ifølge Wikipedia.

I september 2015 ble LIGO-detektoren fullført, og allerede den 14. september 2015 dukket det opp et svært interessant signal i begge detektorene, ifølge Store norske leksikon.

Signalet kom sannsynligvis fra to sorte hull som kolliderte omtrent 1,3 milliarder lysår unna, ifølge Wikipedia.

Observasjonen regnes som den første direkte deteksjonen av gravitasjonsbølger med en gravitasjonsbølgeantenne, ifølge Store norske leksikon.

Gravitasjonsbølgene gir en ny måte å observere ekstreme hendelser i universet, ifølge Store norske leksikon.

Einsteins forutsigelse fra 1916

Einstein forutså gravitasjonsbølger i 1916 ifølge den generelle relativitetsteorien, ifølge Wikipedia.

Ifølge relativitetsteorien eksisterer ikke gravitasjon som en kraft, men masse krummer rommet, ifølge Store norske leksikon.

Når en gravitasjonsbølge passerer en detektor, vil rommets geometri endres, og det oppstår en kortvarig endring av detektorens fasong, ifølge Store norske leksikon.

Det første indirekte beviset ble funnet da fysikerne Russell A. Hulse og Joseph H. Taylor i 1974 oppdaget den første binære pulsaren, ifølge Wikipedia.

De observerte dobbeltpulsaren PSR 1913+16 over en 20-årsperiode, og beregningene ga full overensstemmelse med observasjonene, ifølge Store norske leksikon.

LIGO og det første beviset

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) består av to L-formede antenner, én i Hanford i Washington og én i Livingston i Louisiana, ifølge Store norske leksikon.

Når en gravitasjonsbølge passerer, endres lengdene til de to rette delene av L-en litt forskjellig, ifølge Store norske leksikon.

Dette måles ved at laserlys sendes fra laboratoriet i midten til enden av rørene, reflekteres og sendes tilbake, slik at lyset fra de to strålene danner et interferensmønster i sentrum, ifølge Store norske leksikon.

Detektoren ble fullført i september 2015, og allerede den 14.

På det sterkeste var signalet 24 ganger sterkere enn bakgrunnsstøyen, ifølge Store norske leksikon.

Simuleringer viste at det høyst sannsynlig dreide seg om gravitasjonsbølger sendt ut fra to kompakte legemer, nøytronstjerner eller svarte hull, som beveget seg i spiralbane inn mot hverandre og kolliderte, ifølge Store norske leksikon.

Signalet ble kalt GW 150914, varte i omtrent 0,2 sekunder og frekvensen økte fra 35 Hz til 250 Hz, ifølge Store norske leksikon.

Ifølge observasjonene var kilden to sorte hull omtrent 1,3 milliarder lysår unna, ifølge Wikipedia.

For denne oppdagelsen ble Rainer Weiss, Barry C. Barish og Kip S. Thorne tildelt Nobelprisen i fysikk i 2017 Nobelprize.org.

Hva er gravitasjonsbølger egentlig?

Gravitasjonsbølger er ifølge den generelle relativitetsteorien energi som forplanter seg i bølgeform med lysets hastighet, og de kan forklares som fluktuasjoner i den firedimensjonale romtidens krumning, ifølge Wikipedia.

Dette skyldes masse i universet, for eksempel galakser, stjerner og planeter, ifølge Wikipedia.

Når en gravitasjonsbølge passerer en detektor, vil rommets geometri endres der detektoren befinner seg, og det oppstår en kortvarig endring av detektorens fasong, ifølge Store norske leksikon.

Effekten er vanligvis uhyre liten, og det er svært vanskelig å registrere bølgene direkte, ifølge Store norske leksikon.

LIGO har observert gravitasjonsbølger fra systemer av to svarte hull, ifølge Store norske leksikonWikipedia.

Tallet bak oppdagelsen

Ifølge Store norske leksikon varte signalet GW 150914 i omtrent 0,2 sekunder med frekvens som økte fra 35 Hz til 250 Hz, og på det sterkeste var det 24 ganger sterkere enn bakgrunnsstøyen, mens, ifølge Wikipedia angir at kilden var to sorte hull omtrent 1,3 milliarder lysår unna.

Detektoren som hører universet

LIGO består av to L-formede antenner, én i Hanford i Washington og én i Livingston i Louisiana, ifølge Store norske leksikon.

Når en gravitasjonsbølge passerer en slik detektor, endres lengdene til de to rette delene av L-en litt forskjellig, ifølge Store norske leksikon.

Dette måles ved å sende lys fra laboratoriet i midten til enden av de rette rørene, la det reflekteres der og bevege seg tilbake til laboratoriet i sentrum der lyset fra de to strålene møtes og danner et interferensmønster, ifølge Store norske leksikon.

Detektoren ble fullført i september 2015, ifølge Store norske leksikon.

Hva det lærer om universet

Gravitasjonsbølgene gir mulighet til å observere ekstreme objekter i universet. Ifølge Store norske leksikon oppstår bølgene når kompakte legemer som nøytronstjerner eller svarte hull beveger seg i spiralbane inn mot hverandre og kolliderer.

Et svart hull er et område i verdensrommet hvor gravitasjonskreftene er så sterke at ikke noe kan unnslippe, selv ikke lys, ifølge Store norske leksikon.

Observasjonene tester Einsteins generelle relativitetsteori, som forutsier at massive objekter påvirker romtiden og sender ut bølger når de akselererer, ifølge Store norske leksikonWikipedia.

Nøkkelbegreper innen gravitasjonsbølgefysikk

For å forstå gravitasjonsbølger raskt, er det viktig å kjenne disse nøkkelbegrepene. De dukker opp igjen når forskere diskuterer funn:

• Romtid: Den firedimensjonale strukturen som utgjør universet ifølge relativitetsteorien, hvor masse krummer rommet og gravitasjonsbølger oppstår som fluktuasjoner i krumningen, ifølge WikipediaStore norske leksikon.
• Interferometer: Et instrument som måler små endringer i reisetiden for laserlys ved hjelp av et interferensmønster dannet når lysstråler fra to armer møtes i sentrum, ifølge Store norske leksikon.
• Nøytronstjerne: En kompakt stjernekjerne som dannes etter en supernovaeksplosjon, og som kan sende ut gravitasjonsbølger når den kolliderer med et annet kompakt legeme, ifølge Store norske leksikonStore norske leksikon.
• Svart hull: Et område i verdensrommet hvor gravitasjonskreftene er så sterke at ikke noe kan unnslippe, selv ikke lys, og som er en teoretisk konsekvens av Einsteins generelle relativitetsteori, ifølge Store norske leksikon.
• Hendelseshorisont: Grensen rundt et svart hull mellom hvor det er teoretisk mulig å unnslippe gravitasjonskreftene, og hvor det er umulig, ifølge Store norske leksikon.

Nye detektorer i rommet

ESA utvikler LISA (Laser Interferometer Space Antenna), som vil bli det første rombaserte observatoriet dedikert til studier av gravitasjonsbølger ESA.

Observatoriet skal studere kraftige hendelser i universet, som par av sorte hull som smelter sammen ESA.

Konstruksjonen av LISA er i gang, og lanseringsstedet er Europas romhavn i Fransk Guyana ESA.

Fremtidens detektorer

Framtiden for gravitasjonsbølgeforskning inkluderer rombaserte observatorier som LISA, som skal fange opp krusninger i romtiden fra blant annet sammensmeltende sorte hull ESA.

Slik følger du med på oppdagelsene

Nye oppdagelser kan følges via offentlige nettsider fra LIGO og ESA.

Funn fra LIGO publiseres i vitenskapelige tidsskrift, og det finnes åpne dataarkiv hvor alle kan se målinger fra deteksjonene.

For å lære mer om relativitetsteori og gravitasjonsbølger finnes det også populærvitenskapelige bøker skrevet av fysikere.