Hva er gravitasjonsbølger?
Gravitasjonsbølger er endringer i gravitasjonsfeltet som forplanter seg
Polarisert gravitasjonsbølge
I den generelle relativitetsteorien, så vel som iDe fleste andre moderne indikerer at gravitasjonsbølger oppstår fra bevegelse av massive kropper med variabel akselerasjon. Gravitasjonsbølger forplanter seg fritt i rommet med lysets hastighet. De er svært små i størrelse og vanskelige å registrere.
Gravitasjonsbølger ble først oppdageti september 2015, to tvillingdetektorer fra LIGO-observatoriet, som oppdaget gravitasjonsbølger sannsynligvis et resultat av sammenslåingen av to sorte hull og dannelsen av enda et massivt roterende sort hull.
Enhver dobbeltstjerne når komponentene rotererrundt et felles massesenter mister energi (som antas - på grunn av stråling fra gravitasjonsbølger) og smelter til slutt sammen. Men for vanlige, ikke-kompakte, dobbeltstjerner tar denne prosessen veldig lang tid, mye lenger enn universets nåværende alder.
Hvis det dobbelte kompakte systemet består avpar nøytronstjerner, sorte hull eller en kombinasjon av begge, kan fusjonen skje om noen få millioner år. Først nærmer gjenstandene hverandre, og omløpstiden avtar. Så, i sluttfasen, oppstår en kollisjon og asymmetrisk gravitasjonskollaps. Denne prosessen varer en brøkdel av et sekund, og i løpet av denne tiden frigjøres energi i gravitasjonsstråling, som ifølge noen estimater er mer enn 50% av systemets masse.
Hvordan blir gravitasjonsbølger funnet?
Det er ganske vanskelig å oppdage gravitasjonsbølger på grunn av deres svakhet. Enhetene for å registrere dem er gravitasjonsbølgedetektorer. Det har vært gjort deteksjonsforsøk siden slutten av 1960-tallet.
Gravitasjonsbølger med detekterbar amplitudeer født under kollapsen av en dobbel pulsar. Lignende hendelser skjer i nærheten av galaksen vår omtrent en gang i tiåret. De sterkeste og hyppigste kildene til gravitasjonsbølger for gravitasjonsteleskoper og antenner er katastrofer assosiert med kollapsen av binære systemer i nærliggende galakser. Det forventes at i nær fremtid vil flere lignende hendelser per år bli registrert på forbedrede gravitasjonsdetektorer, som forvrenger metrikken i nærheten av jorden med 10−21–10−23.
To kropper som beveger seg i sirkulære baner rundt et felles massesenter
Nye måter å oppdage gravitasjonsbølger på
I 2017 utførte forskere som gjennomførte et eksperiment underLaser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) vant Nobelprisen i fysikk for den aller første direkte påvisning av gravitasjonsbølger produsert ved sammenslåing av to sorte hull omtrent 1,3 milliarder lysår fra jorden. Bølgene generert av denne kollisjonen brøt med universets gravitasjonsbølgebakgrunn og nådde jorden.
I tillegg til slike engangs sterke forstyrrelser,som astrofysikere allerede har lært å fikse, er det en såkalt bakgrunn av gravitasjonsbølger - en konstant strøm av gravitasjonsstråling, som ifølge teorien hele tiden vasker jorden.
Nok en mulighet til å oppdage bakgrunnenav gravitasjonsbølger som fyller universet er en nøyaktig timing av fjerne pulsarer - en analyse av tidspunktet for deres pulseres ankomst, som endrer seg på en karakteristisk måte under påvirkning av gravitasjonsbølger som passerer gjennom rommet mellom jorden og pulsaren.
Fra og med 2013 anslås tidsnøyaktigheten å væremå heves med omtrent en størrelsesorden for å kunne oppdage bakgrunnsbølger fra mange kilder i universet vårt, og denne oppgaven kan løses før slutten av tiåret. Men passasjen av en gravitasjonsbølge bør litt, med noen få nanosekunder, endre tidspunktet da disse faklene registreres. Ved å nøyaktig spore timingen til fjerne pulsarer, er det altså teoretisk mulig å oppdage gravitasjonsbølgebakgrunnen til galaksen. Dette bekreftes av foreløpige resultater fra NANOGrav-prosjektet.
Hvilke nye gravitasjonsbølger har forskere funnet?
Forskere sa at de var i stand til å oppdage tegn på konstant gravitasjonsstråling som passerer gjennom universet og forvrenger rom-tid.
Vi fant et sterkt signal i datasettet vårt. Vi kan ennå ikke si at dette er bakgrunnsgravitasjonsbølger, men målet vårt nærmer seg.
Joseph Simon, astrofysiker og hovedforfatter av papiret
I følge forfatterne, ingen andre observatorieri stand til å oppdage gravitasjonsbølger i bakgrunnen, fordi de er fokusert på å søke etter engangshendelser som varer i flere sekunder. Som en del av eksperimentet har forskere sporet 45 pulser over flere år - og har allerede funnet tegn på små endringer i frekvensen. Pulsarer kan sammenlignes med galaktiske fyr som hele tiden er på samme sted.
Vi ser etter bølger som varer i år eller tiår.I følge teorien forårsaker galaktiske sammenslåinger og andre kosmologiske hendelser et konstant utbrudd av enorme gravitasjonsbølger. Det tar år eller enda lenger før en slik bølge passerer jorden. Av denne grunn kan ingen andre eksisterende eksperimenter oppdage dem direkte.
Joseph Simon, astrofysiker og hovedforfatter av papiret
Tyngdekraftsbølgene som passerer endrer seget stabilt lysmønster som kommer fra pulser, som øker eller trekker sammen de relative avstandene som disse strålene beveger seg gjennom rommet. Med andre ord kan forskere teoretisk oppdage bakgrunnen for gravitasjonsbølger ved å spore korrelerte endringer i ankomsttidspunktet for pulsarstråling til jorden.
Hva gjør disse gravitasjonsbølgene?
Passerende gravitasjonsbølger endreset stabilt mønster av lys som kommer fra pulsarer, som øker eller komprimerer de relative avstandene disse strålene reiser gjennom rommet. Med andre ord kunne forskere teoretisk oppdage bakgrunnen til gravitasjonsbølger ved å spore korrelerte endringer i ankomsttidene til pulsarstråling på jorden. Dette er imidlertid ikke nok for definitive konklusjoner. Derfor har astronomer annonsert planer om å lage IPTA, et nettverk av instrumenter som vil gjøre det mulig å oppdage slike avvik for et stort antall pulsarer.
Deteksjon av gravitasjonsbølgebakgrunnen vil væreet stort skritt fremover, men bare et første skritt. Neste trinn vil være oppdagelsen av kildene deres, og deretter - alt nytt de kan fortelle oss om universet.
Joseph Simon, astrofysiker og hovedforfatter av papiret
Les mer
Forskning: mennesker vil ikke kunne kontrollere superintelligente AI-maskiner
Abort og vitenskap: hva vil skje med barna som skal føde
Sjekk ut de vakreste bildene av Hubble. Hva har teleskopet sett på 30 år?