Gravitationsbølge

Ikke at forveksle med tyngdebølge.
Måling af gravitationsbølger.
Todimensionel fremstilling af gravitationsbølger, som dannes af to neutronstjerner som kredser om hinanden.

Gravitationsbølger eller gravitationel stråling er ifølge den generelle relativitetsteori energi, som forplanter sig udad fra en kilde i en bølgeform med lysets hastighed. Gravitationsbølger kan også forklares som fluktuationer i den firedimensionelle rumtids krumning. Dette skyldes masse i universet, f.eks. galakser, stjerner og planeter.

Baggrund, beskrivelse

Gravitationsbølger blev forudsagt af Einstein i relativitetsteorien i 1916,[1] som siger, at massive objekter påvirker rumtiden om sig. Når disse objekter accelererer, skaber de gravitationsbølger: Bølger i rumtid (tid/rum) som spreder sig udad, sådan som bølger i kølvandet bag en båd.[2]

Det første eksperimentelle bevis på gravitationsbølgers eksistens blev fundet af Joseph Hooton Taylor Jr. og Russell Alan Hulse i 1974, da de opdagede den første binære pulsar. Pulsarer er hurtigt roterende neutronstjerner, som udsender korte regelmæssige pulser af radiostråling. Uregelmæssigheder i pulserne fra pulsaren PSR 1913+16 fik dem til at drage konklusionen, at denne pulsaren havde en ledsager i form af en anden neutronstjerne som svævede rundt i en tæt bane. De to stjerners sammenlagte stærke gravitationsfelt påvirker frekvensen på radiopulserne, som udsendes, og Taylor og Hulse kunne vise, at stjernerne roterede meget hurtigere nær hinanden. Det blev foreslået, at dette kunne skyldes, at stjernerne tabte energi, når de udsender gravitationsbølger. De to blev tildelt Nobelprisen i fysik i 1993.

Flere forskningsprojekter er blevet sat i gang for at påvise gravitationsbølger. I september 2015 begyndte LIGO at udføre observationer. Den 11. februar 2016, hundrede år efter at Einstein havde postuleret gravitationsbølgers eksistens, fastslog fysikerne ved LIGO, at de havde målt gravitationsbølger fra en fusion mellem to sorte huller.[3] I 2016 begyndte man de første videnskabelige test af det fransk-italienske projekt kaldet Virgo. Virgo er et tilsvarende interferometrisk projekt som de to LIGO interferometriske detektorer.

Forskning

Kontrolrummet i LIGO-anlægget i Hanford i staten Washington.

3. december 2015 blev ESAs sonde LISA Pathfinder opsendt. Sonden skal teste teknologi for at registrere gravitationsbølger. Sonden har to identiske terninger af guld/platin på 46 millimeter med 38 centimeters afstand fra hinanden. Sonden skal placeres i Lagrangepunkt 1 (L1), og terningerne skal frigøres for al mekanisk kontakt med sonden, sådan at det eneste, som kan påvirke dem, er gravitation. Et kompliceret lasermåler-system med præcision på en milliarddel millimeter skal forsøge at registrere påvirkning fra gravitationsbølger.[4]

Det blev annonceret den 11. februar 2016, at LIGO har observeret en gravitationsbølge fra to sorte huller, som fusionerede.[5] De to sorte huller var omkring 1,3 milliarder lysår fra jorden, det ene på 29 solmasser, og det andet på 36 solmasser; de gik i bane om hinanden og fusionerede til et enkelt sort hul. Efter fusioneringen havde det resulterende sorte hul en masse på 62 solmasser – tre solmasser lettere end de to havde haft sammenlagt. Den overskydende masse gik til at lave gravitationsbølgerne i rumtiden.[2]

Den 14. august 2017 detekterede både LIGO og Virgo de samme signaler, kaldet GW170814. Dette offentliggjordes den 27. september 2017. Det er den første sammensmeltning af to sorte huller, der er blevet detekteret af begge projekter på samme tid.[6][7] Det er lidt af et gennembrud, da man ikke kan retningsbestemme bølgerne med kun én detektor. Der skal optimalt set tre og gerne flere til.

Beviset på eksistensen af gravitationsbølgerne udløste i 2017 Nobelprisen i fysik til tre pionerer hos LIGO, Rainer Weiss, Barry C. Barish og Kip S. Thorne.[8]

Sammenstødet mellem to sorte huller repræsenteret med lyd.

Kollisionen af to neutronstjerner blev i 2017 detekteret ved gravitationsbølgerne.[9] Begivenheden blev benævnt GW170817.

Litteratur

  • Bartusiak, Marcia. Einstein's Unfinished Symphony. Washington, DC: Joseph Henry Press, 2000.
  • Chakrabarty, Indrajit, "Gravitational Waves: An Introduction". arXiv:physics/9908041 v1, Aug 21, 1999.
  • Landau, L. D. and Lifshitz, E. M., The Classical Theory of Fields (Pergamon Press), 1987..
  • Will, Clifford M., The Confrontation between General Relativity and Experiment. Living Reviews Relativity 9 (2006) 3.
  • Peter Saulson, Fundamentals of Interferometric Gravitational Wave Detectors, World Scientific, 1994.

Kilder/referencer

  1. ^ The Detection of Gravitational Waves using LIGO – Barry C. Barish, California Institute of Technology
  2. ^ a b Revolution in physics as gravitational waves seen for first time, The New Scientist, 11. februar 2016. Lest 11. februar 2016
  3. ^ 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.
  4. ^ Science Daily - LISA Pathfinder en route to gravitational wave demonstration (publisert 3. desember 2015) Besøkt 4. desember 2015
  5. ^ Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Physical review letters.
  6. ^ Fjerde sæt gravitationsbølger registreret,ing.dk, 28. sept. 2017. Hentet 30 sept. 2017
  7. ^ GW170814 : A three-detector observation of gravitational waves from a binary black hole coalescence Arkiveret 28. september 2017 hos Wayback Machine, The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, 27. sept. 2017. Hentet 30. sept. 2017
  8. ^ Jensen, Kim Rathcke (3. oktober 2017). "Nobelpris til forskere, der fandt Einsteins tygndebølger". DR.
  9. ^ Neutronstjerner udspyr guld, jod og det halve periodiske system. Videnskab.dk 2017

Eksterne henvisninger

Autoritetsdata

Medier brugt på denne side

LIGO control.jpg
The LIGO Hanford Control Room. Photo taken by Tobin Fricke and uploaded by Philip Neustrom with permission to release under the public domain.
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.
Wavy.gif
Ripples in spacetime generated by fast orbiting stars (neutron stars, white dwarfs or black holes).
The Sound of Two Black Holes Colliding.webm
(c) LIGO Lab Caltech : MIT, CC BY 3.0
Gravitational waves sent out from a pair of colliding black holes have been converted to sound waves, as heard in this animation. On September 14, 2015, LIGO observed gravitational waves from the merger of two black holes, each about 30 times the mass of our sun. The incredibly powerful event, which released 50 times more energy than all the stars in the observable universe, lasted only fractions of a second.

In the first two runs of the animation, the sound-wave frequencies exactly match the frequencies of the gravitational waves. The second two runs of the animation play the sounds again at higher frequencies that better fit the human hearing range. The animation ends by playing the original frequencies again twice.

As the black holes spiral closer and closer in together, the frequency of the gravitational waves increases. Scientists call these sounds "chirps," because some events that generate gravitation waves would sound like a bird's chirp.

Image credit: LIGO