Juni 2016: Bølgedetektoren LIGO

14. september 2015 vil for alltid være en merkedag innen astrofysikk, da en milepæl ble nådd. Eksistensen av gravitasjonsbølger, som Einstein forutsa med sin generelle relativitetsteori, ble endelig påvist direkte. Hils på instrumentene som plukket opp krusningene: LIGO. 

LIGO-laboratoriet i Livingston, Louisiana (USA)

Foto: Caltech/MIT/LIGO Lab

Kavliprisen i astrofysikk for 2016 ble tildelt de tre pionerene i jakten på gravitasjonsbølger, fenomenet som ble forutsagt av Einstein gjennom hans generelle relativitetsteori. Omfanget av denne oppdagelsen er enorm, men signalene fra bølgene er ørsmå og krever spesielle instrumenter for å registrere. Her kommer LIGO-detektorene inn i bildet. 

Det fulle navnet er Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Det finnes to av dem, begge i USA: én i Hanford (Washington) og én i Livingston (Louisiana), som preger månedens bilde. Begge detektorene var sentrale da krusningene fra gravitasjonsbølger for første gang ble registrert, september 2015. Hundre år etter at Einstein forutsa dem. 

To hull, tett i tett

Signalene som ble plukket opp av LIGO-detektorene har sin opprinnelse fra to sorte hull som slo seg sammen for ca. 1,3 milliarder år siden. Hvert av av dem hadde en masse som

tilsvarer omtrent 30 ganger solens. 

Ifølge Einsteins generelle relativitetsteori vil to sorte hull som går i bane rundt hverandre miste energi i form av gravitasjonsbølger, noe som medfører at de stadig nærmer seg hverandre.

Mot slutten av sammensmeltingen vil de bevege seg mot hverandre kjappere og kjappere, og i den siste brøkdelen av et sekund kolliderer de inn i hverandre og danner ett nytt og mer massivt sort hull. I denne siste kollisjonen frigjøres store mengder energi i form av massive gravitasjonsbølger. Det er altså slike bølger som LIGO-detektorene nå har plukket opp. 

Men hvordan?

Gravitasjonsbølgene kom fra to svarte hull som var i ferd med å smelte sammen, 1,3 milliarder år tilbake. Her illustrert gjennom en datasimulering. 
Illustrasjon: The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

Forstyrret speilbilde

Hver av LIGO-detektorene består av en såkalt LIGO-inferometer, et L-formet innretning som til sammen er ca. 4 kilometer langt. Inferometeret benytter laser splittet i to stråler som vandrer frem og tilbake langs armene ved hjelp av speil montert i hver ende. Hver arm er litt over en meter i diameter og innsiden holdes i nært perfekt vakuum.

En av armene til LIGO-detektoren i Hanford, Washington (USA)
Foto: Caltech/MIT/LIGO Lab

Hensikten bak det hele er at lasterstrålene skal overvåke avstanden mellom speilene. Når gravitasjonsbølgene treffer jorden, vil de ifølge Einsteins teori nemlig føre til ørsmå forstyrrelser i rom og tid.

Altså vil armlengdene i LIGO endre seg litt, og dermed også avstanden mellom speilene. Og det er ikke store avstander vi snakker om. LIGO kan måle avstandsendringer helt ned til en titusendels diameter av et proton, eller 10-9 meter. 

Nytt vindu mot universet

Målet om direkte observasjon av gravitasjonsbølger ble satt for over 50 års siden, og oppfyllelsen kom altså passende nok under hundreårsjubileet for for Einsteins generelle relativitetsteori. Oppdagelsen er beskrevet som et helt nytt vindu som er åpnet ut mot universet, og den vil få stor betydning for vår forståelse av kosmos.

Et av de forestående prosjektene i kjølvannet av observasjonen, er å prøve å finne ut fra hvilken retning signalene kom. Siden detektoren i Louisiana registrerte signalene 7 millisekund før Hanford-instrumentet, kan det fastslås at bølgene kom sørfra. Men for å stadfeste retningen i større detalj, trengs flere instrumenter som er plassert langt fra hverandre. For å finne ut av dette, samarbeider forskerne i USA nå blant annet med forskere i India, og det håpes nå på at oppdagelsen vil utløse et globalt nettverk av detektorer for fremtidige undersøkelser av gravitasjonsbølger. 

LIGO-instrumentene i Livingston og Hanford er primært finansiert av National Science Foundation (NSF) og driftes av Caltech and MIT. Men både Max Planck Society i Tyskland, Science and Technology Facilities Council, STFC i Storbritannia og Australian Research Council (Australia) har gjort viktige bidrag for prosjektet. 

Les mer om oppdagelsen av gravitasjonsbølger på LIGO-detektorenes hjemmeside

Video fra pressekonferansen der oppdagelsene ble kunngjort:

Kilde:

Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction

Publisert 8. juni 2016 13:49 - Sist endret 11. aug. 2016 14:57