Gravitasjonsbølge

Gravitasjonsbølger er ifølge den generelle relativitetsteorien energi som forplanter seg utover fra en kilde i en bølgeform med lysets hastighet. Gravitasjonsbølger kan også forklares som fluktuasjoner i den firedimensjonale romtidens krumning. Dette skyldes masse i universet, f.eks. galakser, stjerner og planeter.

Bakgrunn, beskrivelse

Gravitasjonsbølger ble forutsett av Einstein i relativitetsteorien i 1916, som sier at massive objekter innvirker på romtid rundt seg. Når disse objekter aksellererer, skaper de gravisjonsbølger: Bølger i romtid (tid/rom) som sprer seg utover, slik som bølger i kjølvannet bak en båt.
Det første eksperimentelle bevis på gravitasjonsbølgers eksistens ble funnet av  Joseph Hooton Taylor jr. og Russell Alan Hulse i 1974 da de oppdaget den første binære pulsaren. Pulsarer er raske roterende nøytronstjerner som sender ut korte regelmessige pulser av radiostråling. Uregelmessigheten i pulsene fra pulsaren PSR 1913+16 fikk dem til å dra konklusjonen om at denne pulsaren hadde en ledsager i form av en annen nøytronstjerne som svevde rundt i en tett bane. De to stjernenes sammenlagte sterke gravitasjonsfelt påvirker frekvensen på radiopulsene som sendes ut, og Taylor og Hulse kunne vise at stjernene roterte mye raskere nær hverandre. Det ble foreslått at dette kom av at stjernene taper energi når de sender ut  gravitasjonsbølger. De to ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1993.
Flere forskningsprosjekter har vært igangsatt for å påvise  gravitasjonsbølger. I september 2015 begynte LIGO å utføre observasjoner. I februar 2016, hundre år etter at Einstein hadde postulert gravitasjonsbølgers eksistens, fastslo fysikerne ved LIGO at de hadde målt gravitasjonsbølger fra en kollisjon mellom to sorte hull.

Forskning

3. desember 2015 ble ESAs sonde LISA Pathfinder skutt opp. Sonden skal teste ut teknologi for å registrere gravitasjonsbølger. Sonden har to identiske terninger av gull/platina på 46 millimeter med 38 centimeters avstand fra hverandre. Sonden skal plasseres i Lagrangepunkt 1 (L1), og terningene skal frigjøres for all mekanisk kontakt med sonden, slik at det eneste som kan påvirke dem er gravitasjon. Et komplisert lasermåler-system med presisjon på en milliarddel millimeter skal forsøke å registrere påvirkning fra gravitasjonsbølger.
Det ble annonsert 11. februar 2016 at Ligo har observert en bølge fra to sorte hull som kolliderte. De to sorte hull var omtrent 1,3 milliarder lysår fra oss, det ene på 29 ganger solens masse, og dent andre 36 ganger; de gikk i bane rundt hverandre og forente seg så til ett sort hull. Hastigheten hadde rett før sammensmeltningen aksellerert så meget at hvert omløp varte bare noen få millisekunder, ifølge Frans Pretorius. Da de forente seg, fikk det resulterende sorte hull en masse på 62 ganger solens masse – tre solmasser lettere enn de to hadde hatt sammenlagt. Den overskytende masse gikk da med til å lage gravitasjonsbølgene i romtid.
LIGOs to detektorer, den ene i Hanford i staten Washington i USA og den andre i Livingston i Louisiana, følte «sjokkene» fra bølgen den 14. september 2015 så å si samtidig. Deres sensorer registrerte at romtid ekspanderte og trakk seg sammen med så meget som en tusendedel av størrelsen av et proton - en minimal distanse, men ti ganger større enn den minste enhet som LIGO kan måle.
Forskerne kan vanskelig anskueliggjøre gravitasjonsbølger helt enkelt; de visualiseringer som foretas med bølger ut fra en kilde er gjort på ett plan, skjønt bølgene beveger seg i alle retninger. Men de kan lydliggjøre bølgene ved å «oversette» frekvensen av gravitasjonbølgene til hørbare lydbølger. Man kan da høre signalet ved det forskerne kaller et «chirp» (kvitter): En høyere tone og styrke knyttet til de sorte hullenes stadig raskere rotering rundt hverandre. Et autentisk eksempel ble den 11. februar 2016 gjort tilgengelig og presentert for eksempel på YouTube og nettutgaven av New Scientist.