Titelbild: Konstnärliga illustration av svarta hål som dansar och dess svallvågor i rumtiden. Bild: LIGO/T. Pyle.
Det är vecka 49 och på söndag är det som bekant Nobeldagen, men hela veckan kännetecknas av Nobelpriset. Till exempel reser pristagarna land och rike runt för att föreläsa, bland annat i Göteborg. Därför är det lägligt med en sammanfattning av årets fysikpris om gravitationsvågor. Ett välbekant ämne som vi har skrivit om många gånger på Populär Astronomi och mer finns i nästa nummer, Populär Astronomi 2017/4!
Gravitationsvågor är ett fenomen som kommer från Einsteins allmänna relativitetsteori. Det kan beskrivas som en störning, en krusning, i rumtiden. Den allmänna relativitetsteorin föreslår ju, till skillnad från Newton, att gravitation inte alls är en kraft men en effekt av att rumtiden blir böjd av massiva kroppar och höga energier. Det ger bland annat effekten att även ljus påverkas av gravitation. Men frågan kommer ju då, vad händer med rumtiden om något riktigt våldsamt händer? Till exempel om två riktigt tunga kroppar kläms ihop, som två svarta hål eller neutronstjärnor. Då bildas en svallvåg i rumtiden som rör sig med ljusets hastighet åt alla håll. Gravitationsvågor liknar ljus ibland, fast med gravitationell strålning istället för elektromagnetisk. Så ju längre vi är från källans ursprung, desto svagare är signalen. Mer om hur vågorna fungerar skrev Ulf Torkelsson i Populär Astronomi 2017/1.
Det har länge varit lite av en ”helig graal” att mäta gravitationsvågor. Upptäckten ger ett helt nytt fönster att se på universum med och ett helt nytt forskningsområde. Därför har det byggts olika experiment och Nobelaktuellt är då det amerikanska LIGO vars upptäckter ledde till årets Nobelpris i fysik som gick till trion Rainer Weiss, Barry C. Barish och Kip S. Thorne.
LIGO består av två stycken observatorier på varsin sida av USA. En vid Hanford i Washington och andra vid Livingstone i Louisiana. Här mäter man gravitationsvågor genom att med laser mäta längden på två stycken 4 km långa vakuumrör uppställda som ett L. En passerande gravitationsvåg kommer då att dra ut det ena röret och klämma ihop det andra något. Har man flera stationer kan man lättare bekräfta signalen och lättare begränsa varifrån den kom.
LIGO startades faktiskt redan 2002 och var aktiv ända fram till 2010 utan att lyckas mäta någon våg. Noggrannheten var helt enkelt inte tillräcklig så den stängdes mellan 2010 och september 2015 för uppgraderingar. Bara två dagar efter återstarten, den 14 september observerade de en gravitationsvåg för första gången! Det var som att man hade öppnat dammluckorna. Detektionerna gav till och med fysikaliska data om de svarta hål som orsakade vågorna!
Virgo är namnet på den Europeiska motsvarigheten som Italien, Frankrike, Nederländerna, Polen, Ungern och Spanien samarbetar om. Den använder en liknande teknologi med två stycken rör, denna gången 3km långa och den ligger vid Santo Stefano a Macerata i Italien. Redan 2003 började mätningarna här men noggrannheten var även här för låg. Därför stängdes Virgo mellan 2011 och i år.
Med tre gravitationsvågobservatorier kan man begränsa gavitationsvågornas ursprung så pass mycket att det är realistiskt för andra teleskop att leta efter elektromagnetiskt ljus från gravitationsvågkällorna, oftast i form av gammablixtar. Just detta hände nyligen med gravitationsvågen som kallas för GW170817 och som kom från två kolliderande neutronstjärnor. Det är ett typiskt fall av multi-messenger astronomy, flerförmedlarastronomi, att man får signaler, inte bara med till exempel elektromagnetisk strålning utan även någon annan sorts våg/partikel (som exempel neutriner, kosmiska partiklar och gravitationsvågor). Detta hände alltså knappt två år efter den första gravitationsvågen upptäcktes!
Men de flesta gravitationsvågor kommer ännu från svarta hål där GW170608 utmärker sig för att vara från de minsta svarta hålen LIGO och Virgo har observerat. De hade massor motsvarande 7 och 12 solar och resultatet från kollisionen blev ett svart hål med en massan motsvarandes 18 solar. Det innebär att kollisionen resulterade i att en hel sols massa blev till energi i form av gravitationsvågor. För första gången har gravitationsvågor observerats från svarta hål som även går att observera indirekt med elektromagnetiskt ljus som Röntgenstrålar.
- GW150914 – Första gravitationsvågobservation och störst massa än så länge på de två kolliderande svarta hålen, 1,3 miljarder ljusår bort . Tidigare skriven om här.
- GW151226 – Två kolliderande svarta hål 1,4 miljarder ljusår bort.
- GW170104 – Två kolliderande svarta hål 3 miljarder ljusår, den mest avlägsna.
- GW170608 – Minsta svarta hålen observerade med gravitationsvågor (se texten oven).
- GW170814 – Första gravitationsvågen som upptäckts av LIGO och Virgo tillsammans. Två kolliderande svarta hål 1,8 miljarder ljusår bort.
- GW170817 – Första kollisionen mellan två neutronstjärnor, samt första gången gravitationsvågor har kombinerats med elektromagnetiska observationer, alltså gammablixten med namnet GRB 170817A. Observerades med ett 70-tal vanliga teleskop över hela Jorden och i rymden. Kollisionen inträffade 130 miljoner ljusår bort i galaxen NGC 4993. Tidigare skriven av oss här och här, samt LIGOs pressmeddelande.
