Første observation af gravitationsbølger

Artiklen omhandler bekendtgørelsen den 11. februar 2016 af verdens første "direkte" gravitationsbølgeobservation på jorden den 14. september 2015 af en begivenhed som skete for ca. 1,3 milliarder år siden og 1,3 milliarder lysår fra jorden.
LIGO-måling af gravitationsbølger ved detektorerne Livingston (venstre) og Hanford (højre), sammenlignet med de teoretisk forudsagte værdier.

Den første observation af gravitationsbølger blev gjort den 14. september 2015.[1][2][3][4] Signalet er blevet navngivet GW150914.[1][5] Den detekterede bølgeform matcher den generelle relativitetsteoris forudsigelser for et binært system af sorte huller, der spirallerer mod hinanden og efterfølgende kolliderer og smelter sammen.[6] Observationerne viste således eksistensen af sådanne par af sorte huller, der kredser om hinanden, samt deres kollision. Gravitationsbølger viser sig som små forstyrrelser af rumtiden, og blev målt inden for et kort tidsinterval af to forskellige detektorer placeret med 3000 kilometers afstand, begge i USA.

Gravitationsbølger

Uddybende Uddybende artikel: Gravitationsbølge

Gravitationsbølger blev oprindeligt forudsagt i 1916[7][8] af Albert Einstein på grundlag af hans teori om den generelle relativitetsteori.[9] Et indirekte bevis på gravitationsbølger blev observeret i 1974 via bevægelsen af det dobbelte neutronstjerne-system PSR B1913+16, hvilket ledte til at Russell Alan Hulse og Joseph Hooton Taylor Jr. modtog Nobelprisen i fysik i 1993.[10]

Detektering af hændelse

Hændelsen blev detekteret af LIGO-detektorer i de amerikanske delstater Washington og Louisiana. Efterfølgende analyse af signalet indikerer, at det blev produceret ved kollisionen og sammensmeltningen af to sorte huller. Hændelsen producerede det gravitationelle bølgesignal GW150914,[1] som blev observeret klokken 09:50:45 UTC den 14. september 2015[6] af de to detektorer i LIGO-samarbejdet ved Hanford (Washington) og Livingston (Louisiana), der ligger omkring 3000 kilometer fra hinanden. De to øvrige detektorer af gravitationsbølger, Virgo-detektoren i Italien og GEO600 i Tyskland, var på det givne tidspunkt henholdsvis slukket grundet opgradering og ikke følsom nok til at detektere signalet.[1] I løbet af 0,2 sekunder steg signalet i frekvens og amplitude med omkring 8 svingninger fra 35 til 150 Hz, hvor amplituden toppede. Detektionen blev rapporteret mindre end tre minutter efter dataene var blevet opfanget.[1] Den blev først bemærket af en forsker ved Albert Einstein Institute i Hannover, Tyskland, der fulgte LIGO-observationerne på afstand.[11] Statistisk signalanalyse og 16 dages data før og efter signalhændelsen fra 12. september til 20. oktober identificerede GW150914 som en rigtig hændelse (ikke støj eller lignende) med en signifikans på over 5,1 sigma, det vil sige med en høj grad af sandsynlighed.[1]

Hændelsesvirkninger

Analyse af signalet indikerer, at det blev produceret af fusionen af to sorte huller med masser på 36+5−4 solmasser og 29±4 solmasser. Massen af det resulterende sorte hul er beregnet til 62±4 solmasser. De manglende 3.0±0.5 solmassers energi blev strålet væk i form af gravitationsbølger i overensstemmelse med masse-energi-ækvivalensprincippet. Hændelsen skete i en afstand af 410+160−180 megaparsec,[1][12] eller 1.3±0.6 milliarder lysår. Den maksimale spidseffekt af gravitationsbølgen ved kilden var omkring 3,6×1049 watt og dermed over ti gange mere end den sammenlagte lyseffekt af alle stjerner i det observerbare univers.[13][4] I løbet af tidsrummet for det detekterede signal steg de sorte hullers relative hastighed fra 30% til 60% af lysets hastighed. Da de begyndte at smelte sammen, kredsede de om hinanden i en afstand af omkring 350 km.[1] Bølgeformens afklingning efter den toppede er konsistent med de dæmpede svingninger, som man kunne forvente af et netop sammensmeltet sort hul.[1]

LIGO-detektorer

Uddybende Uddybende artikel: LIGO
Nordlige ben af LIGO Hanford Observatory.

LIGO opererer synkroniseret to gravitationsbølge-observatorier: LIGO Livingston Observatory (30°33′46.42″N 90°46′27.27″V / 30.5628944°N 90.7742417°V / 30.5628944; -90.7742417) i Livingston, Louisiana - og LIGO Hanford Observatory på DOE Hanford Site (46°27′18.52″N 119°24′27.56″V / 46.4551444°N 119.4076556°V / 46.4551444; -119.4076556), placeret nær Richland, Washington. Disse steder ligger 3.002 km fra hinanden. Den første drift af LIGO var i gang mellem 2002 og 2010 og detekterede ingen gravitationsbølger. Dette blev fulgt af flere års nedlukning, mens detektorerne blev udskiftet med den forbedrede detektorversion "Advanced LIGO".[14]  I februar 2015 begyndte man at teste de to avancerede detektorer.[15] Det var i denne periode gravitationsbølgen blev detekteret, mens den formelle drift først startede 18. september 2015.

Bekendtgørelse

Bekendtgørelsen af detektionen blev gjort 11. februar 2016.[3] Der var mange rygter om en mulig detektion før bekendtgørelsen, rygterne startede efter tweet af Lawrence Krauss den 25. september 2015.[16]

Kilder/referencer

  1. ^ a b c d e f g h i Abbott, B.P.; et al. (2016). "Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger". Phys. Rev. Lett. 116: 061102. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. {{cite journal}}: Eksplicit brug af et al. i: |author= (hjælp)
  2. ^ Overbye, Dennis (11. februar 2016). "Physicists Detect Gravitational Waves, Proving Einstein Right". New York Times. Hentet 11. februar 2016.
  3. ^ a b Clark, Stuart (11. februar 2016). "Gravitational waves: scientists announce 'we did it!' – live". the Guardian. Hentet 11. februar 2016.
  4. ^ a b Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11. februar 2016). "Einstein's gravitational waves found at last". Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Hentet 11. februar 2016.
  5. ^ Naeye, Robert (11. februar 2016). "Gravitational Wave Detection Heralds New Era of Science". Sky and Telescope. Arkiveret fra originalen 12. februar 2016. Hentet 11. februar 2016.
  6. ^ a b "Gravitational waves from black holes detected". BBC News. 11. februar 2016.
  7. ^ Einstein, A (juni 1916). "Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. part 1: 688-696. Arkiveret fra originalen 21. marts 2019. Hentet 11. februar 2016.
  8. ^ Einstein, A (1918). "Über Gravitationswellen". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin. part 1: 154-167. Arkiveret fra originalen 21. marts 2019. Hentet 11. februar 2016.
  9. ^ Finley, Dave. "Einstein's gravity theory passes toughest test yet: Bizarre binary star system pushes study of relativity to new limits". Phys.Org. Arkiveret fra originalen 23. september 2018. Hentet 11. februar 2016.
  10. ^ Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11. februar 2016). "Einstein's gravitational waves found at last". Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Hentet 11. februar 2016.
  11. ^ "Gravitational Waves Exist: The Inside Story of How Scientists Finally Found Them". The New Yorker. Arkiveret fra originalen 11. februar 2016. Hentet 11. februar 2016.
  12. ^ "Properties of the binary black hole merger GW150914" (PDF). 11. februar 2016. Arkiveret fra originalen (PDF) 15. februar 2016. Hentet 11. februar 2016. {{cite journal}}: Cite journal kræver |journal= (hjælp)
  13. ^ "Observation Of Gravitational Waves From A Binary Black Hole Merger" (PDF). LIGO. 11. februar 2016. Hentet 11. februar 2016.
  14. ^ "Gravitational wave detection a step closer with Advanced LIGO". SPIE Newsroom. Arkiveret fra originalen 26. december 2018. Hentet 4. januar 2016.
  15. ^ "LIGO Hanford's H1 Achieves Two-Hour Full Lock ". februar 2015. Arkiveret fra originalen 22. september 2015. Hentet 1. oktober 2022.
  16. ^ "Gravitational-wave rumours in overdrive". Nature. 12. januar 2016. Hentet 11. februar 2016.

Medier brugt på denne side

Northern leg of LIGO interferometer on Hanford Reservation.JPG
Forfatter/Opretter: Umptanum, Licens: CC BY-SA 3.0
Northern arm of the LIGO interferometer on Hanford Reservation.
LIGO measurement of gravitational waves.svg
Forfatter/Opretter: B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) — full list at the end of the article, Licens: CC BY 3.0
First observation of gravitational waves by LIGO (signal GW150914). Shows the gravitational wave signals received by the LIGO instruments at Hanford, Washington (left) and Livingston, Louisiana (right) and comparisons of these signals to the signals expected due to a black hole merger event.