Tema

Einsteins gravitationsvågor öppnar ett nytt fönster mot universum

Jodå, Einsteins gravitationsvågor finns. Nu har de bevisats och öppnar därmed ett nytt fönster mot universum. ”Gravitationsastronomi” kan ge oss möjlighet att studera skeenden i rymden som tidigare varit dolda.

Den 11 februari i år kom beskedet: för första gången har forskare lyckats registrera gravitationsvågor. Observationen hade gjorts den 14 september 2015 av två amerikanska forskningsanläggningar, LIGO. Vågorna som registrerades kom från två sammansmältande svarta hål, cirka 1,3 miljarder ljusår bort.

Gravitationsvågor är minimala krusningar i rumtiden. De sprider sig som ringar på en vattenyta – fast i alla plan och i ljusets hastighet. Einstein förutsåg dem i sin allmänna relativitetsteori 1916, men det skulle alltså ta ett helt sekel innan de kunde observeras. Anledningen är att de är så fruktansvärt små – i bästa fall några tiotusendelar av en protondiameter.

– Det här är en historisk upptäckt och en enorm teknologisk prestation, säger Wouter Vlemmings, professor i radioastronomi vid Chalmers. Även om knappast någon har betvivlat att gravitationsvågorna finns, så är det viktigt att de nu är observerade. Men det kanske mest spännande är att ett nytt fönster mot universum har öppnats för oss!

Upptäckten av gravitationsvågorna markerar nämligen inte slutet för LIGO:s uppdrag, utan snarare en början: nu kan kartläggningen av universums gravitationsvågor börja.

Nytt instrument att studera rymden
– Först var det med optik vi studerade rymden, sedan har vi lärt oss att också utnyttja radiovågor, röntgenstrålning med mera, säger Vlemmings. Nu får vi ett instrument till. Vi kommer att kunna observera objekt och händelser som tidigare varit dolda.

Alla massor som accelererar, även till exempel en människa som rör sig, ger upphov till gravitationsvågor. Men så gott som alla är så små att de aldrig kommer att kunna detekteras. Bara universums tyngsta objekt och mest dramatiska händelser kan skapa så stora gravitationsvågor att forskarna kan se dem.

Gravitationsastronomi kommer därför att lämpa sig för studier av svarta hål, neutronstjärnor, supernovaexplosioner och olika typer av tunga dubbelsystem – det vill säga par av himlakroppar som kretsar runt varandra, menar Vlemmings. Han tror att gravitationsastronomi kan komma att ge ny kunskap om bland annat den fundamentala fysiken vid extrem gravitation, om vad som sker i galaxers centrum samt om universums tidigaste utveckling – det som kallas inflationen.

Kräver mer teknikutveckling
Men det krävs fortsatt teknikutveckling för att nå dit, betonar Wouter Vlemmings. Än så länge är gravitationsastronomin mer ett löfte än ett faktum.

– Situationen påminner om när radioastronomin var ny, säger han. Man har uppfunnit ett nytt instrument som än så länge ger mycket begränsad information och till exempel bara grovt kan avgöra från vilken del av himlen som mottagna signaler kommer. Men med tiden blir instrumentet alltmer sofistikerat och dess vetenskapliga betydelse allt större.

Tidigare felaktig observation
För två år sedan meddelade forskare vid en annan anläggning, BICEP2 på Antarktis, att de indirekt observerat gravitationsvågor. Den gången slutade det snöpligt: forskarna fick så småningom medge att de tagit miste. Det var inte effekten av gravitationsvågor, utan av rymddamm, som de sett. Men risken för att även LIGO:s observation skulle visa sig felaktig är väldigt liten, menar Wouter Vlemmings.

– Det är klart att det finns felkällor och resultaten behöver fortfarande bekräftas av andra forskare, säger han. Men att LIGO består av två anläggningar är en styrka. Jag var själv skeptisk till en början, men att se diagramkurvorna från respektive anläggning – praktiskt taget identiska – har övertygat mig och väldigt många andra.

Liknande interferometrar för observation av gravitationsvågor finns också på andra håll i världen – och fler byggs och planeras. I Europa finns Virgo i Italien, som snart väntas återuppta sina försök efter en större uppgradering, samt Geo600 i Tyskland. Japanska KAGRA är under konstruktion och nyligen kom besked om att en tredje LIGO-anläggning ska byggas i Indien. Försök att detektera gravitationsvågor på andra sätt än med interferometri förekommer också.

Text: Anders Nilsson, på uppdrag av forskning.se

Så upptäcktes gravitationsvågorna

LIGO, som står för Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, utgörs av två identiska anläggningar placerade på 3 000 km avstånd från varandra i nordvästra respektive sydöstra USA. Varje enhet består av två långa tunnlar som möts i en rät vinkel. Två laserstrålar reflekteras fram och tillbaka i dessa tunnlar, för att sedan förenas i mittpunkten mellan dem. Under normala omständigheter ska strålarna då släcka ut varandra genom interferens. Men när en kraftig gravitationsvåg passerar rubbas denna balans och utsläckningen blir inte fullständig. LIGO:s känsliga mätningar störs av både mänsklig aktivitet och andra faktorer, men tack vare det stora avståndet mellan de två anläggningarna kan sådana felkällor elimineras.

 

Einsteins gravitationsvågor öppnar ett nytt fönster mot universum

 lästid ~ 4 min