Det gav genlyd blandt fysikere og astronomer i hele verden, da det 11. februar blev offentliggjort, at der for første gang var målt tyngdebølger.
De to amerikanske LIGO-detektorer havde begge fanget de krusninger i rumtiden, som var resultatet af to sorte huller, der kredsede tæt om hinanden og endte med at smelte sammen langt herfra. Signalet dukker op 14. september 2015.
LÆS OGSÅ: Hvad er tyngdebølger?
Dette første målbare tyngdebølgesignal varede blot en femtedel af et sekund. Nu afventer forskerne spændt nye resultater fra LIGO, og det har fået vores læser Per Føge Jensen til at tænke over, hvor langvarige de kommende tyngdebølgesignaler mon vil være. Han spørger:
»LIGO har detekteret tyngdebølger på 0,2 sekund fra to sorte huller, som stødte sammen. Kunne man ikke forvente et længerevarende fænomen, over timer eller dage?«
En svingtur udsender også tyngdebølger
Det spørgsmål kan lektor Troels Harmark fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet svare på. Men lad os først lige slå fast, at universet er fyldt med tyngdebølger, der farer af sted med lysets hastighed. Hver gang, noget ændrer hastighed i forhold til noget andet, udsendes der tyngdebølger.
Selv de voldsomste begivenheder i universets resulterer dog kun i ekstremt svage tyngdebølger, som er næsten umulige at måle.
\ Fakta
Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (aLIGO) består af to detektorer i USA. De har begge to rør, der hver er fire kilometer lange, vinkelret på hinanden. I hvert rør sendes en kraftig laserstråle frem og tilbage mellem spejle, og til sidst mødes de to laserstråler. Når en tyngdebølge passerer, ændres rumtiden, så det ene rør bliver en smule kortere, mens det andet bliver en smule længere. Det kan måles ved hjælp af laserstrålerne, selv om det drejer sig om mindre end en tusindedel af diameteren af en atomkerne.
Når to sorte huller kredser om hinanden, ændrer de begge hele tiden retning – gennem tyngdekraften påvirker de hinanden, så de drejer rundt om deres fælles massemidtpunkt i stedet for bare at ligge stille eller bevæge sig ligeud.
I fysikken har en hastighed både en størrelse – farten – og en retning, så når de to sorte huller konstant ændrer retning, ændrer de også hastighed; de accelererer. Og så udsender dobbeltsystemet tyngdebølger, som forudsagt af Albert Einstein i den almene relativitetsteori for 100 år siden.
Når der udsendes tyngdebølger, taber dobbeltsystemet energi, og derfor kredser de stadig tættere og hurtigere om hinanden. Derved bliver tyngdebølgerne kraftigere, lige indtil de store huller smelter sammen. Så forsvinder bølgerne, fordi der ikke længere er noget, der accelererer i forhold til noget andet.
Sorte huller er de mest kompakte objekter i universet, men mindre kan også gøre det. Hvis man giver sin lillesøster en svingtur, udsendes der også tyngdebølger. De er bare uhyre svage og umålelige.
Langvarige signaler kræver bedre måleudstyr
Og så tilbage til spørgsmålet. Kun de tyngdebølger, der blev udsendt de sidste 0,2 sekunder før de to sorte huller smeltede sammen, blev målt af detektorerne. Men vil vi fremover detektere længerevarende tyngdebølger?
»Signalet er så kort, fordi tyngdebølgerne kun er kraftige nok til, at de kan måles, lige før de sorte huller ramler sammen. Kun til allersidst blev tyngdebølgerne så kraftige, at de udskilte sig fra baggrundsstøjen,« forklarer Troels Harmark.
»Det er usandsynlig, at vi vil måle et signal meget længere end det med det nuværende udstyr. Med den målenøjagtighed, man har i dag, skal man ikke forvente længere signaler. Måske kan der komme nogle, der er dobbelt så lange eller tre gange så lange, men så heller ikke mere.«
Stjernekollaps kan give længere bølger
Men kan man ikke forestille sig andre former for kosmiske begivenheder, der kan afgive målbare tyngdebølger over en længere periode? Altså noget andet end sorte huller? Til det siger Troels Harmark:
»Kolliderende sorte huller giver et helt utroligt kraftigt signal. Det er derfor, man kan måle det. Og man forventer ikke, at andre begivenheder kan give lige så kraftige tyngdebølger.«
Der er dog forskere, der håber på snart at finde længerevarende tyngdebølgesignaler begravet i de mange data fra LIGO. Måske udsendes der kraftige bølger med en varighed på 10 sekunder eller mere, når en ekstremt stor og tung stjerne kollapser.
Stjernens inderste forvandles til et sort hul eller en neutronstjerne, og det kan være, at det tilbageværende stof så fordeler sig i en uregelmæssig skive rundt om det kompakte objekt i midten. Det vil give tyngdebølger, der måske kan måles, men sådan nogle er altså ikke målt endnu.
Måske sekunder, men ikke timer
Målbare tyngdebølgesignaler med en varighed på dage eller timer er til gengæld svære at forestille sig, fortæller Troels Harmark:
»LIGO bliver mere og mere følsom i de næste 10 år, og så vil man måske kunne måle signaler med en varighed på flere sekunder. Men ikke timer.«
Per Føge Jensen skal ikke sætte næsen op efter langvarige tyngdebølger foreløbigt, men han kan til gengæld se frem til at modtage en Videnskab.dk-T-shirt som tak for det gode spørgsmål. Andre videnskabelige spørgsmål kan indsendes til sv@videnskab.dk, og i øvrigt kan T-shirten købes online.
