Artikkel

– Vår nye informasjonskilde til universet

Funnet av gravitasjonsbølger er årets store oppdagelse innen astrofysikk. Foto: Henze/NASA

– Vår nye informasjonskilde til universet

Med oppdagelsen av gravitasjonsbølgene i år så er selve "teaterscenen" på plass i universet. Astrofysiker Øystein Elgarøy håper dette framover skal gi forskerne nye WOW-resultater.
Øystein Elgarøy
Professor i astrofysikk Øystein Elgarøy forklarer hvordan vi i 2016 fikk et nytt verktøy til å forstå universet med.

– Med gravitasjonsbølgene har vi fått en helt ny informasjonskilde til universet, sier Øystein Elgarøy, professor ved Institutt for astrofysikk ved UiO.

I februar 2016 kunne LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) bekrefte at de hadde oppdaget gravitasjonsbølger.

"Rommet i universet"

– Hva er egentlig gravitasjonsbølger?

– He, he. Godt og veldig vanskelig spørsmål. Det viktigste er faktisk at det kan måles og regnes på og samtidig er en følge av Relativitetsteorien! Hva den er i seg selv er et mer abstrakt og filosofisk spørsmål. La meg si det slik, de er selve «rommet» i universet. For å bruke teateret som metafor: Hvis alle legemer i universet er enten skuespillere eller rekvisitter på scenen, så er gravitasjonsbølgene selve scenen alt utspiller seg på.

– Hva var det LIGO oppdaget? Scenen?

– En rystelse i scenen for å fortsette metaforen. De detekterte tre tydelige signaler. Det måtte være gravitasjonsbølger siden hele LIGO-systemet er fininnstilt på å oppdage nettopp slike bølgesignaler. Signalene var gravitasjonsbølger fra kollisjonen mellom to sorte hull.

Forteller oss om sorte hull og egne teorier

– Men hva betyr dette for vår forståelse av universet?

– Akkurat dette gir oss en bedre innsikt om sorte hull. Alt hva vi vet om sorte hull er gjennom indirekte observasjon. Hvilken effekt de har på legemer rundt seg osv. Gravitasjonsbølger kan gi oss mer direkte adgang til sorte hull. Hvilken effekt de har på tid og rom i universet, hvor ofte de forekommer, hvor store de er og hvor ofte slike kollisjoner mellom sorte hull oppstår.

Men det er ikke bare sorte hull vi kan lære mer om via gravitasjonsbølger.

– Også andre massive systemer. For eksempel veldig massive stjerner som nøytronstjerner. Stjerner som ikke har vært så massive at de danner sorte hull etter sin «død», men blir stjerner på størrelse med Oslo-sentrum med en masse som sola.

Når grunnfjellet i universet rister. Vitenskapsåret 2016 begynte med et rykte om at gravitasjonsbølger endelig var observert. Fysikere og astrofysikere jublet og nyheten utløste twitter-storm.

I tillegg gir gravitasjonsbølger forskerne nye måter å teste vitenskapelige teorier om universet.

Svarte hull Ligo
Illustrasjon av to Svarte hull som sirkler rundt hverandre. Illustrasjon: Caltech/MIT/LIGO Lab.

– Det er ikke «bare bare» å teste hva som foregår i universet. Det er jo digert for å si det banalt. Men gravitasjonsbølger gir oss noe konkret vi kan prøve teoriene våre mot. Og i all hovedsak dreier dette seg om relativitetsteorien. Den beste teorien vi har for tyngdekraften. Stemmer den overens med det vi observerer?

Nytt signal = ny forståelse

For vår forståelse av universet blir større for hver gang vi oppdager et nytt signal fra verdensrommet vi kan tolke.

– I det forrige århundre lærte vi veldig mye etter nye oppdagelser; for eksempel førte oppdagelsen av radiosignaler til vi fant pulsarer og den kosmiske bakgrunnsstrålingen til vi forstod mye mer av universets historie. Likedan håper vi at gravitasjonsbølger skal gi oss ny informasjon, sier Elgarøy.

Må oppdages på nytt hver gang

Gravitasjonsbølger har åpenbart potensialet til å avsløre nye hemmeligheter om universet. Men selv om vi nå i 2016 har oppdaget dem for første gang.

Så er vi på mange måter nødt å oppdage dem på nytt igjen og igjen for å få mer informasjon om universet. Gravitasjonsbølger er nemlig ikke identiske. De varierer i størrelse og vi trenger det perfekte utstyret for hver type gravitasjonsbølge vi ønsker å studere.

– Tenk deg en radio med ekstremt mange frekvenser. Man må vite hvor på FM-skiva man skal stille inn for å få den riktige radiostasjonen. Det betyr at man må ha en klar forståelse av hva man skal oppdage for å få utslag på akkurat den type gravitasjonsbølger et slikt fenomen vil utløse. Det betyr at store og tunge utregninger må til for å forutse den type gravitasjonsbølger man skal se etter i hvert enkelt tilfelle.

Kan fortelle oss om faseoverganger

– Hva med Big Bang? Kan gravitasjonsbølger fortelle oss noe om den?

– Kanskje. Det er flere, blant annet her på Institutt for astrofysikk, som leter etter spor av gravitasjonsbølger i den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Det vil si stråling som stammer fra tiden 300 000 år etter Big Bang. Det vil i kosmisk perspektiv si rett etter Big Bang.

Kip Thorne Kavliprisen
"The grand old man" i utviklingen av LIGO og deteksjonen av gravitasjonsbølger, Kip Thorne . Her i Oslo under forelesningene etter å ha motatt Kavliprisen. Foto: Espen Haakstad/UiO

En dag, omtrent 300.000 år etter Big Bang, falt temperaturen under 3000 grader, og på det tidspunktet kunne de aller første nøytrale hydrogenatomene dannes. 

Vinnerne av Kavliprisene er klare: Prisen for astrofysikk deles dermed mellom tre forskere: Amerikaneren Kip Thorne, som er teoretisk fysiker, den tyske fysikeren Rainer Weiss, og den skotske fysikeren Ronald W.P. Drever.

Og når alle de frie elektronene ble bundet opp i hydrogenatomer, kunne lyspartiklene plutselig bevege seg fritt gjennom hele universet. Det er dette vi i dag kan studere som kosmisk bakgrunnsstråling.

– Det er slike faseoverganger i universets historie som også gravitasjonsbølger kan fortelle oss mer om siden slike store overganger også danner gravitasjonsbølger. Men, og dette blir kanskje litt komplisert å forklare, de sporene etter gravitasjonsbølger man ser etter i den kosmiske bakgrunnsstrålingen kommer ikke fra denne faseovergangen 380 000 år etter Big Bang. Bølgene ble dannet mye tidligere, i inflasjonsfasen som foregikk bare en ørliten brøkdel av et sekund etter Big Bang. Disse bølgene påvirker noen av egenskapene til den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

Selve Big Bang vil imidlertid være veldig vanskelig å studere direkte via gravitasjonsbølger på grunn av den ekstreme bølgelengden.

– Gravitasjonsbølger fra Big Bang vil jo ha en enorm bølgelengde. Distanser vi ikke klarer å dekke med noe deteksjonsutstyr. Men det lages utstyr for i alle fall å dekke større bølgelengder enn i dag. Som med satellitten LISA. Den skal blant annet søke etter gravitasjonsbølger i rommet og vil ha kapasitet til å detektere større bølgelengder enn LIGO kan i dag.

– Til slutt: Hva er dine personlige forhåpninger etter oppdagelsen av gravitasjonsbølger?

– Det mest spennende ville være hvis vi fikk noen skikkelig uforutsette resultater. Noe som får oss til å tenke: «Wow, dette hadde jeg ikke trodd!» Da er verden litt annerledes enn vi har gått ut fra. Og det er sånne oppdagelser som er de mest spennende!

Les også på Titan.uio.no:

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

Vår temaseksjon om Universet

Kontakt:

Professor Øystein Elgarøy ved Institutt for teoretisk astrofysikk

Skriv ny kommentar

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

Les også