Saken er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - Les mer
LIGO oppdaget gravitasjonsbølger, eller krusninger i tid og rom, generert som sammenslåtte sorte hull. Simuleringen viser hvordan fusjonen ville sett ut hvis vi fikk en nærmere titt. Stjernene vises vridd på grunn av den sterke tyngdekraften til de svarte hullene.

Gravitasjonsbølger kan gi svar på universets gåter

– Med gravitasjonsbølgene har vi fått en helt ny informasjonskilde til universet, sier astrofysiker Øystein Elgarøy.

29.11 2016 04:00

I februar 2016 kunne LIGO bekrefte at de hadde oppdaget gravitasjonsbølger.

LIGO er et observasjonssenter for gravitasjonsbølger med sete i USA.

Senteret er opprettet nettopp for å åpne dette forskningsfeltet innen astrofysikk, spådd av Einsteins generelle relativitetsteori.

– Med gravitasjonsbølgene har vi fått en helt ny informasjonskilde til universet, sier Øystein Elgarøy, professor ved Institutt for astrofysikk ved UiO.


To av LIGOs grunnleggere Caltech er Kip Thorne og MITs Rainer Weiss, gratulerer hverandre og feirer første direkte observasjon av gravitasjonsbølger. (Foto: LIGO/Kathy Svitil/Caltech)

Rommet i universet

Hva gravitasjonsbølger faktisk er, er et godt, men vanskelig spørsmål ifølge professoren.

– Det viktigste å vite, er at de kan måles og regnes på, samtidig som de er en følge av relativitetsteorien, sier han.

Hva teorien er i seg selv skal være et mer abstrakt og filosofisk spørsmål.

– La meg si det slik; bølgene er selve rommet i universet. Hvis alle legemer i universet er enten skuespillere eller rekvisitter på scenen, er gravitasjonsbølgene selve scenen der alt utspiller seg, sier han.

Når grunnfjellet i universet rister


Disse grafene viser signalene av gravitasjonsbølger som påvises ved LIGO- observatoriene i henholdsvis Livingston, Louisiana, og Hanford, Washington. Signalene kom fra to fusjonerende svarte hull, hver på cirka 30 ganger massen til vår sol, som lå 1,3 milliarder lysår unna. (Foto: Ligo)

Vitenskapsåret 2016 begynte med et rykte om at gravitasjonsbølger endelig var observert.

Fysikere og astrofysikere jublet og nyheten utløste en twitterstorm.

Gravitasjonsbølger gir i tillegg forskerne nye måter å teste vitenskapelige teorier om universet på.

– Det er ikke «bare bare» å teste hva som foregår i universet. Det er jo digert for å si det banalt. Men gravitasjonsbølger gir oss noe konkret vi kan prøve teoriene våre mot. Og i all hovedsak dreier dette seg om relativitetsteorien. Den beste teorien vi har for tyngdekraften. Stemmer den overens med det vi observerer?

Det LIGO oppdaget i februar var tre tydelige signaler.

Gravitasjonsbølger sprer seg nesten som lyd, men i stedet for i luft, setter den selve rommet i svingninger.

– For å fortsette metaforen var dette en rystelse i scenen. De tre signalene måtte være gravitasjonsbølger siden hele LIGO-systemet er fininnstilt på å oppdage nettopp slike bølgesignaler. Signalene var gravitasjonsbølger fra kollisjonen mellom to sorte hull, forteller han.

Ifølge professoren gir denne oppdagelsen bedre innsikt for forskerne.

– Alt vi vet om sorte hull er gjennom indirekte observasjon. Gravitasjonsbølger kan gi oss mer direkte tilgang. Hvilken effekt har de på tid og rom i universet, hvor ofte forekommer de, hvor store er de, og hvor ofte oppstår slike kollisjoner mellom sorte hull, er alle spørsmål det blir mulighet å få besvart, sier han.

Det er ikke bare sorte hull vi kan lære mer om via gravitasjonsbølger.

– Nei, også andre massive systemer. For eksempel veldig massive stjerner, som nøytronstjerner. Dette er stjerner som ikke har vært så massive at de danner sorte hull etter sin «død», men de blir på størrelse med Oslo-sentrum, og har en masse som solen, forteller han.


Her vises den omtrentlige plasseringen av kilden til gravitasjonsbølgene på kartet over den sørlige halvkule. De fargede linjene representerer ulike sannsynligheter for hvor signalet oppsto: Den lilla linjen definerer området med 90 prosent konfidensintervall (CI); den indre gule linjen definerer målområdet på ti prosent konfidensintervall. Gravitasjonsbølgene ble produsert av et par sammenslåtte sorte hull som ligger 1,3 milliarder lysår unna. (Illustrasjon: LIGO/Axel Mellinger)

Nytt signal = ny forståelse

Vår forståelse av universet blir større for hver gang vi oppdager et nytt lesbart signal fra verdensrommet.

– I det forrige århundre lærte vi veldig mye etter nye oppdagelser; for eksempel førte oppdagelsen av radiosignaler til at vi fant pulsarer, som er roterende nøytronstjerner, samt den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Alt dette gjorde at vi forstod mye mer av universets historie. Likedan håper vi at gravitasjonsbølger skal gi oss ny informasjon, sier Elgarøy.

Må oppdages på nytt hver gang

Gravitasjonsbølger har åpenbart potensialet til å avsløre nye hemmeligheter om universet.

Men selv om vi nå i 2016 har oppdaget dem for første gang, så er vi på mange måter nødt til å oppdage dem på nytt igjen og igjen for å få enda mer informasjon om universet.

Gravitasjonsbølger er nemlig ikke identiske.

– De varierer i størrelse og vi trenger perfekt utstyr for hver type gravitasjonsbølge vi ønsker å studere.

Tenk deg en radio med ekstremt mange frekvenser. Man må vite hvor på FM-skiven man skal stille inn for å få den riktige radiostasjonen.

– Det betyr at man må ha en klar forståelse av hva som skal oppdages for å få utslag på akkurat den type gravitasjonsbølger et slikt fenomen vil utløse. Store og tunge utregninger må til for å forutse den type gravitasjonsbølger man skal se etter i hvert enkelt tilfelle, påpeker forskeren.

  • Les også: Derfor ble Einstein en superstjerne


    Det trengs perfekt utstyr hver gang man skal lete etter gravitasjonsbølger. Her sørger en i LIGO for at det ikke er noe forurensning på den optiske overflaten. (Foto: Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab)

Kan fortelle oss om faseoverganger

Forskeren tror at gravitasjonsbølger kanskje til og med kan gi bedre forståelse av Big Bang, den første epoken i universets historie.

– Det er flere, blant annet her på Institutt for astrofysikk, som leter etter spor av gravitasjonsbølger i den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Det vil si stråling som stammer fra tiden etter Big Bang, forteller han.

En dag, omtrent 300 000 år etter Big Bang, som i kosmisk perspektiv er rett etter Big Bang, falt temperaturen under 3000 grader. På det tidspunktet kunne de aller første nøytrale hydrogenatomene dannes. 

Og når alle de frie elektronene ble bundet opp i hydrogenatomer, kunne lyspartiklene plutselig bevege seg fritt gjennom hele universet. Det er dette vi i dag kan studere som kosmisk bakgrunnsstråling.

– Det er slike faseoverganger i universets historie, gravitasjonsbølger også kan fortelle oss mer om. Dette fordi slike store overganger danner gravitasjonsbølger. Men sporene etter gravitasjonsbølger etter den kosmiske bakgrunnsstrålingen kommer ikke fra denne faseovergangen, 300 000 år etter Big Bang. Bølgene ble dannet mye tidligere, i inflasjonsfasen som foregikk bare en ørliten brøkdel av et sekund etter det store smellet. Disse bølgene påvirker noen av egenskapene til den kosmiske bakgrunnsstrålingen, forklarer han.

På grunn av den ekstreme bølgelengden, vil selve Big Bang imidlertid være veldig vanskelig å studere direkte via gravitasjonsbølger.

– Dette er distanser vi ikke klarer å dekke med noe deteksjonsutstyr. Men det lages utstyr for i alle fall å kunne dekke større bølgelengder enn det vi gjør i dag. Satellitten LISA skal blant annet søke etter gravitasjonsbølger i rommet og vil ha kapasitet til å detektere større bølgelengder enn LIGO kan, forteller han videre.

Forskerens forhåpninger etter oppdagelsen av gravitasjonsbølger er også stadig positive.

– Det mest spennende ville være hvis vi fikk noen skikkelig uforutsette resultater. Noe som får oss til å tenke: «Wow, dette hadde jeg ikke trodd!» Da er verden litt annerledes enn vi har gått ut fra. Og det er sånne oppdagelser som er de mest spennende!

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Saker fra våre eiere

Statped

– Målet må vere at barn får den hjelpa og støtta dei treng, men at dei merker minst mogleg til tiltaka, seier forskar. 

Nasjonal kompetansetjeneste for aldring og helse

Symptomer som hukommelsessvikt kan ha flere årsaker enn de typiske sykdommene vi forbinder med demens.

Høgskolen i Oslo og Akershus
Podcast:

Hvordan kan du forberede deg til framtidas arbeidsliv? I denne podcasten gir to eksperter sine råd til både kommende og eksisterende arbeidstakere. 

Saker fra våre eiere

Universitetet i Oslo

Rørsangere på Malta har kjapt tilpasset seg et varmere klima og får flere unger. Dette er viktig for bevaring av naturområder også i Norge, sier Miljødirektoratet.

Nasjonalforeningen for folkehelsen

Tidligere har det vært vanskelig å vite hvem som er i faresonen for akutt hjerteinfarkt. Nå kan blodprøver gi svaret på kort tid. 

Høgskolen i Oslo og Akershus

Er 0,999… med uendelig mange desimaler mindre enn 1 eller lik 1? Både folk flest og lærerstudenter svarer typisk det samme.

Forskeren forteller:

Når ungdom presses til å drive med idrett, og voksne bestemmer hvordan de skal gjør det, da blir idrettsungdom lei. Men du kan unngå at barna dine mistrives, blir stresset og presterer dårlig på sikt.

Dinosaurenes historie må skrives om, sier britiske forskere etter en ny enorm analyse. Det vil uten tvil ryste fagfolk verden over, men hvis forskerne har rett, løser de flere uløste gåter.

Spør en forsker:

Fysikkens lover gjelder i alpinbakken som alle andre steder i universet, men det er ikke sikkert det er like lett å forstå hvorfor.

Spørsmålet er grunnleggende for vår forståelse av verdensrommet, og forskere jakter stadig på svaret.