Efter opgradering af måleudstyr: Opdagelser af nye tyngdebølger begynder at vælte ind
LIGO-forskerne har genoptaget jagten på tyngebølger efter 18 måneders pause. Det gav hurtigt pote.
tyngdebølger gravitationsbølger LIGO Virgo

Når to sorte huller smelter sammen, udsendes der tyngdebølger, som følsomme detektorer kan måle. (Illustration: NASA)

Jagten på tyngdebølger er skudt i gang igen med meldingen om, at australske forskere har opfanget signaler fra, hvad der ifølge dem formentlig er en fusion af to neutronstjerner; de ekstremt kompakte efterladenskaber efter en døende stjerne.

Signalerne blev opsnappet fra en binær neutronstjerne-fusion og navngivet S190425z torsdag 25. april.

Det er anden gang, en neutronstjerne-fusion er observeret. 

Detektorerne ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - i Washington og Louisiana i USA samt Virgo ved European Gravitational Observatory (EGO) i Italien, genoptog arbejdet efter 18 måneders opgradering 1. april.

Med de seneste resultater må det siges, at jagten på tyngdebølger er tilbage med et brag.

Det er den tredje observationsrunde (kaldet O3), og lige efter fusionen var observeret, begyndte astronomer verden over at lede efter værtsgalaksen, men denne gang var der en ekstra udfordring.

 

Hvor kommer signalet fra?

Når LIGO opsnapper tyngdebølger - de svingninger i tid og rum, som Albert Einstein forudsagde - kan vi beregne en del informationer meget nøjagtigt, for eksempel massen af neutronstjernene.

LÆS OGSÅ: Hvad er tyngdebølger?

De nedenstående billeder er af alle de opsnappede signaler i den første og den anden observationsrunde (navngivet O1 og O2). Her kan vi se, at hvert signal er unikt.

Forskellene imellem dem gør os i stand til at beregne massen samt afstanden til objekterne. Men det er straks en anden sag at beregne, hvor signalet kommer fra!

tyngdebølger gravitationsbølger LIGO Virgo

Tyngdebølge-hændelser registreret af LIGO før O3. Hvert signal er forskelligt. (Illustration: LIGO/VIrgo/Georgia Tech/S. Ghonge & K. Jani)

Det gør vi ved at triangulere det modtagne signal ved de tre detektorer (de to LIGO-detektorer i USA og Virgo-detektor i Italien).

Ved den første binære neutronstjerne-fusion (GW170817) havde vi heldet med os.

Vi var i stand til at indkredse signalet til en region på 28 kvadratgrader på himlen (cirka 140 gange større end fuldmånens areal).

Men S190425z blev kun registreret i en enkelt LIGO-detektor og Virgo, så lokaliseringsregionen var 10.000 kvadratgrader. Det er cirka 25 procent af hele himlen.

Neutronstjerne-fusionen er estimeret til at have fundet sted cirka 500 millioner lysår fra Jorden.

tyngdebølger gravitationsbølger LIGO Virgo

 S190425z blev kun registreret i en enkelt LIGO-detektor og Virgo, så lokaliseringsregionen var 10.000 kvadratgrader. Det er cirka 25 procent af hele himlen. (Kort: LIGO)

En nål i en høstak

Astronomer verden over har benyttet teleskoper fra Vestaustraliens øde områder til De Kanariske Øer i Atlanterhavet for at lede efter potentielle modstykker: Galakser, som kan tænkes at være værter for neutronstjerne-fusionen.

For at gøre det måtte vi afdække, hvilke af de 45.000 potentielle galakser i regionen der var de mest sandsynlige værter.

Vi har endnu ikke fundet et match, men til gengæld er vi stødt på en masse spændende hændelser som nye supernovaer - de voldsomme eksplosioner, der finder sted, når massive stjerner dør.

Denne indsats er en uundværlig del af det australske tyngdebølge-team ved OzGrav, der har mere end 100 forskere og ingeniører tilknyttet, som alle gør et afgørende stykke arbejde for at forbedre LIGO's instrumentering, dataanalyseprogrammer og fortolkning af resultaterne.

Hvor langt kan LIGO se nu?

LIGO og Virgo's seneste opgraderinger betyder, at astronomerne nu kan registrere tyngdebølger fra mere fjerntliggende binære neutronstjerne-fusioner end nogensinde før - op til 500 millioner lysår væk.

De signaler, astronomerne opsnapper fra de fjerne fusioner, har formentlig forladt deres værtsgalakse på samme tid, som de første fisk gik i land på Jorden (for 200 millioner år siden, før dinosaurernes tid).

Hvert eneste sekund tæller, når astronomerne prøver at fange de sidste øjeblikke, i takt med at neutronstjernerne støder sammen.

Holdet ved University of Western Australia (en del af OzGrav) har udviklet et realtids-søgeprogram (kaldet SPIIR), der kan trigge bølger fra LIGO-Virgo-data indenfor 10 sekunder.

Holdet har allerede identificeret fire tyngdebølge-kandidater, og en dag vil det måske være muligt at informere astronomerne før emissionen af lys fra en fusion.

LÆS OGSÅ: Sensationel tyngdebølgemåling åbner nyt kapitel i udforskningen af rummet

Forskerzonen

Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.

Store ingeniørmæssige udfordringer

En vigtig del af LIGO O3-opgraderingen var installationen af instrumenter kaldet 'quantum squeezers', som er baseret på et design udformet af Australian National University, der sammen med OzGrav-forskere installerede og bestilte dem.

En af de mest signifikante ingeniørmæssige udfordringer, da LIGO skulle bygges, var at dæmpe støj, der ellers kan overdøve de meget svage tyngdebølge-signaler.

Støjkilderne er mange; seismisk støj fra jordskælv, bølgerne på havet og endda traffikstøj.

Kvantestøj er endnu en støjkilde, som følge af lysets separate egenskaber.

LIGO's 'quantum squeezers' dæmper støjen ved at ændre kvanteegenskaberne af det lys, som LIGO bruger til at opsnappe krusninger i rumtiden.

Endnu en hændelse

Nu da den tredje observationsrunde er godt i gang, ser vi allerede resultaterne af forbedringerne af LIGO's instrumentering og software.

Udover de tekniske forbedringer er der også en markant forbedring i forhold til de tidligere observationsrunder: Alle registreringer offentliggøres med det samme - både til astronomi-samfundet og til offentligheden.

Midt i glæden over S190425z var der den følgende dag endnu en underretning om en tyngdebølge - det var et signal, der indikerer, at der er tale om en fusion af en neutronstjerne og et sort hul.

Det blev registreret af alle tre detektorer, men vi har endnu ikke identificeret en vært, så vi er ikke helt sikre på, hvilken hændelse der er tale om.

Men det giver et fingerpeg om alle de spændende resultater, der ligger og venter.

Tara Murphy, Eric Thrane og Qi Chu modtager støtte fra Australian Research Council. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

LÆS OGSÅ: Tyngdebølger vil forandre vores forståelse af universet

LÆS OGSÅ: I fremtiden kan tyngdebølger blive en smartphone-app

The Conversation

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs nyt om fusionsenergi, som DTU med forsøgsreaktoren på billedet nedenfor - en såkaldt tokamak - nu er kommet lidt nærmere.


Det sker