Artikkel

Flodbølger i verdensrommet

Dette er en illustrasjon av hvordan Einstein så for seg to sorte hull som kolliderer og lager gravitasjonsbølger. Illustrasjonen er et resultat av en simulering av superdatamaskinen Columbia. Foto: Henze/NASA

Flodbølger i verdensrommet

Universet kaller på oss med et uforståelig språk. Jorden gjør seg klar til å svare.

Det var en følelse som kunne minne om 17. mai da gravitasjonsbølgene ble oppdaget. Det naturvitenskapelige miljøet over hele verden feiret at en nesten hundre år lang prosess endelig har gitt et håndfast resultat. Gravitasjonsbølgene.

For 1.3 milliarder år siden kollapset to enorme svarte hull inn i hverandre. Dette forstyrret det harmoniske universet og har vandret som usynlige bølger i det uendelige verdensrommet.

Det bøyer alt og alle på samme måte som bølgene bøyer vannet i havet. Oppdagelsen er et resultat av en utrolig reise gjort mulig av samarbeidsviljen til standhaftige naturvitere.

En mann forut sin tid

For hundre år siden presenterte Albert Einstein en teori om at gravitasjon bøyer tid og rom. Han forutså at dette var en bøyning som kunne illustreres som bølger. Problemet var at dette ikke kunne bevises.

Dessuten var teorien en enorm munnfull å tygge for andre naturvitere. Hypoteser som legges frem må støttes av andre forskere for å få status som teori.

Hvite dverger sirkulerer rundt hverandre
Hvite dverger, kollapsende stjerner, sirkulerer rundt hverandre og skaper gravitasjonsbølger. Foto: Dana Berry/NASA

I tillegg var ikke den nødvendige teknologien tilgjengelig for å teste denne hypotesen. Nyere metoder i den naturvitenskapelige verktøykassen har gitt nye muligheter .

Signaler i tid og rom

Signalbehandling er en gren innenfor naturvitenskapen som gjør at vi kan høre på kallet fra universet. Det kan fungere som en oversetter for signalene som omgir oss.

Signaler er et underlig konsept. I prinsippet er det usynlige bølger. For å observere signalet kan vi se på det som lyd. Lyden forteller en historie om signalet.

Den bruker verktøy som rytme og tone, volum og frekvenser. Det er som om naturen har laget en eneste lang symfoni. Menneskets oppgave er å skrive ned notene for å høre symfonien.

Tverrfaglig samarbeid

Gravitasjonsbølgene var i sin tid et teoretisk konsept i fysikk. For at de skulle bli funnet måtte naturvitere fra ulike felt jobbe sammen.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) er et resultat av dette samarbeidet. Dette er et enormt observatorium plassert helt sør i USA. Det er laget for å observere forandringer i lysstråler. Anlegget er to like lange tunneler som er plassert rett på hverandre slik at de former bokstaven “L”. Speil og lys er virkemidler.

LES OGSÅ: Når grunnfjellet rister. Vitenskapsåret 2016 begynte med et rykte om at gravitasjonsbølger endelig var observert

Et lys blir sendt gjennom de to tunnelene samtidig, og forskere tar tiden på det todelte lyset. Lysene reflekterer i et speil i enden av hver sin tunnel, og stoppeklokken stanser når lysene har nådd tilbake til kilden.

Denne prosessen gjennomføres gang på gang til nok informasjon er samlet. Så kommer utfordringen. Det å forstå informasjonen.

Små detaljer

For å finne signalene fra gravitasjonsbølgene har forskerne ved LIGO sett etter en forstyrrelse i dette lyset. Dersom lyset bruker litt lenger tid gjennom den første tunnelen enn den andre, er det noe som bremser lysets hastighet.

Fra perspektivet til et menneske er denne forstyrrelsen tusen ganger mindre enn bredden til en atomkjerne. Med andre ord er sensorene som brukes i LIGO mye mer sensitive enn det som har vært tilgjengelig tidligere. Detaljene som er så uvirkelig små blir fullstendig avgjørende.

Detaljene er vanskelige å registrere og signalbehandlingen må brukes. Her benyttes et prinsipp som sammenligner to signaler opp mot hverandre.

Forskere har i forkant laget ulike modeller av hvordan en gravitasjonsbølge kan se ut. Modellene har så blitt sammenlignet med signalene som ble fanget opp i LIGO. Der det er overensstemmelse mellom signalene og modellene er en gravitasjonsbølge funnet.

Sikker i sin sak

LIGO er en ekstremt sensitiv sensor, selv den minste forstyrrelse kan ødelegge data som er samlet til signalet. Data som ble hentet inn måtte kvalitetsikres og forskere må feilsøke i utstyr og metoder som ble brukt. Dette fordi jorden er full av forstyrrelser.

gravitasjonsbølger
Gravitasjonsbølgene kan bli illustrert på en håndgripelig måte. Foto: Wikimedia Commons

Kunne signalene som ble hentet inn komme fra små jordskjelv?

Eller forstyrrelser fra mobiltelefoner og datamaskiner i nærheten? Et kunstverk fra ingeniørvitenskapen har sørget for at slikt blir tatt høyde for på forhånd.

Data er så samlet. De ørsmå detaljene som avslører gravitasjonsbølgene samsvarer med de modellerte signalene. Men LIGO ligger et sted sør i USA.

Hvordan kan man være sikker på at det ikke er noen uforutsette forstyrrelser spesifikt for akkurat dette området?

Her ble det valgt en “enkel” løsning. Det ble satt opp et tilsvarende anlegg på andre siden av landet. Dermed ble resultatene fra disse to anleggene sammenlignet.

Og likheten mellom disse resultatene var så stor at det ikke kunne være tilfeldig.

Forkledningen fullføres

Alle variablene var på plass og dette måtte oversettes til noe håndgripelig. Resultatet av dette er en lavfrekvent lyd som kan minne om universets egen pulsåre som pumper blod gjennom sin egen kropp.

Ved hjelp av signalbehandling og et orkester av naturvitere kan vi høre to svarte hull som kollapser millarder av lysår ute i universet.

En helt ny epoke ligger foran oss. Mennesket har forstått en helt ny del av universets språk. Nå skal vi svare med det samme språket.

Artikkelforfatter Espen Wøien Olsen er student ved UiO og har tatt formidlingskurset MNKOM

Les også på Titan.uio.no:

Galaksers brutale gjengliv

Solceller i verdensrommet kan forsyne hele kloden med miljøvennlig strøm

MNKOM-studentenes blogg

Espen Wøien Olsens blogg

Kategori: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Indre detektor i Atlas skiftes ut

Forbereder hjertetransplantasjon i verdens største maskin

Hva er halvparten så stort som Notre Dame og veier like mye som Eiffeltårnet? "Atlas" fungerer som et avansert digitalkamera som tar bilder på 100 megapiksler opp mot én milliard ganger i sekundet. Nå skal det oppgraderes – med hjelp fra UiO-forskere.

Romferd

2024: En marsodyssé

Romferden vi har ventet på, begynner å nærme seg. Men hvorfor skal vi ta reisen?

Etter et halvt år i rommet, omgitt av mørke, nærmer romskipet seg den røde planeten.

Tønnes Nygaard (t.v.), Kyrre Glette

Fem felt der vi får en førerløs fremtid

Droner som kan varsle flom og skogbrann. Ubemannede reiser til Mars og andre planeter. Mikroskopiske roboter i kroppen på jakt etter kreftceller. Er du opptatt av autonomi  selvstyrende teknologi kan 3. mai bli en spennende dag.