Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?
Hinn 11. febrúar 2016 var tilkynnt að í fyrsta skipti hefði tekist að mæla þyngdarbylgjur. Mælingin var gerð hinn 14. september 2015 í Advanced LIGO-stöðinni sem sérstaklega er byggð til þessa verkefnis. Niðurstaðan er bæði vísindalegt og tæknilegt afrek því menn höfðu reynt að mæla þyngdarbylgjur í 40 ár áður en það loksins tókst. Bylgjuhreyfingin sem mældist er svo lítil að hún nemur einungis um þúsundasta hluta af þvermáli róteindar, minnsta atómkjarnans.

Mælingin vakti mikla athygli enda spáir almenna afstæðiskenning Einsteins fyrir um tilvist þeirra. Kenningin og forspár hennar hafa verið margprófaðar á ýmsan annan hátt þá öld sem liðin er frá því að hún var sett fram og það þótti því mörgum ljóst að á endanum tækist að nema bylgjurnar. Það reyndist þó mun örðugra en bjartsýnustu menn töldu.

Þyngdarbylgjur má hugsa sér sem gárur í tímarúminu, ekki ósvipaðar gárum á vatnsyfirborði. Þeim er ekki auðvelt að koma af stað, til þess þarf massamikinn og afar þéttan hlut, eða samspil tveggja þéttra hnatta eins og til dæmis nifteindastjarna eða svarthola. Bylgjurnar sem greint var frá í febrúar mynduðust einmitt þegar tvö svarthol runnu saman í eitt stærra. Reyndist annað þeirra hafa verið 29 sinnum massameira en sólin, en hitt 36 sinnum massameira. Orkan sem losnaði frá þeim á formi þyngdarbylgna samsvarar orku þriggja sólarmassa og ljósafl bylgnanna var tífalt ljósafl sýnilegs ljóss allra stjarna í alheimi, samanlagt! Fjarlægðin til þess kerfis er um 1,3 milljarðar ljósára sem er þá um leið tíminn sem það tók bylgjurnar að berast til jarðar.

Mælingin á þyngdarbylgjunum opnar nýja leið til að kanna alheiminn og innihald hans. Þær bætast þannig við rafsegulbylgjur, það er sýnilegt ljós, innrauða geislun, útvarpsbylgjur, röntgen- og gammageisla, sem stjarnvísindamenn nýta með góðum árangri til að kanna alheiminn. Rafsegulbylgjurnar geta þó aldrei gefið annað en óbeina mælingu á svartholum og massa þeirra, en hann má áætla út frá áhrifunum sem þau hafa á nánasta umhverfi sitt. Þyngdarbylgjurnar opna leið á algerlega nýja möguleika til rannsókna á fjarlægum fyrirbærum og öruggt má telja að óvæntar uppgötvanir líti dagsins ljós í kjölfarið. Þyngdarbylgjur bera nefnilega með sér upplýsingar sem ekki er hægt að fá með beinum hætti með annarri geislun, sér í lagi má finna massa svartholanna sem renna saman og koma þyngdarbylgjum af stað. Skilningur manna á þéttum stjörnum eins og nifteindastjörnum og svartholum mun aukist til muna, en einnig á sprengistjörnum sem geta gárað tímarúmið lítillega.

Þegar menn hafa náð góðum tökum á mælingunum má reikna með að fljótlega fáist ítarlegar upplýsingar um eiginleika þessarra stjarna sem ekki er unnt að afla á annan hátt með beinum hætti. Má þar nefna ástandsjöfnu kjarnefnis, en líta má á nifteindastjörnur sem risavaxna atómkjarna og ástandsjafnan lýsir eiginleikum þessa efnis. Þá munu einnig fást upplýsingar um hverfiþunga svarthola og áhrif hans á þróun kerfa tveggja svarthola. Beinar mælingar á þyngdarbylgjum frá sprengistjörnum eru líklega erfiðastar, en þær þurfa að vera tiltölulega nærri til að unnt sé að nema bylgjurnar frá þeim.

Hugsanlega má greina einhver merki um þyngdarbylgjur í örbylgjukliðnum, sem eiga upptök sín á upphafsaugnablikum alheimsins, en þær yrðu af mjög lágri tíðni og eru sem stendur langt utan seilingar, jafnvel með nýrri kynslóð LIGO-nema.

Nú er nokkuð síðan vinna hófst við næstu kynslóð þyngdarbylgjunema, LISA, en sá nemi er gerður úr þremur gervitunglum sem svífa í þyngdarleysi í geimnum. Í desemberbyrjun 2015 var svokölluðu LISA-Pathfinder fari skotið út í geim. Því er ætlað að prufukeyra þá tækni sem fullbúin stöð mun nota. Hafa allar prófanir gengið mjög vel til þessa. Eftir hinn stórkostlega árangur Advanced LIGO, hefur þróun LISA verkefnisins nú verið flýtt og er áætlað að mælingar geti hafist upp úr árinu 2030.

Myndir:

• Image | Gravitational Waves, As Einstein Predicted | LIGO Lab | Caltech. (Sótt 11.03.2016).
• Physics - Viewpoint: The First Sounds of Merging Black Holes. (Sótt 11.03.2016).

...