Rygter om tyngdebølger fra kolliderende neutronstjerner
Når neutronstjerner støder sammen, kan resultatet være målbare tyngdebølger såvel som et gammaglimt. Nu siger rygterne, at LIGO-detektoren har målt nye tyngdebølger, som kan være fra neutronstjerner.
Neutronstjernesammenstød

Omtrent sådan kan det se ud, når to neutronstjerner kolliderer. (Illustration: Harvard/D. Berry, SkyWorks Digital)

»New LIGO. Source with optical counterpart. Blow your sox off!«

Det bombastiske citat er et tweet, som den amerikanske astrofysiker og professor J. Craig Wheeler skrev 18. august, og som satte gang i rygtebørsen blandt alverdens astronomi-nørder.

Krusninger i rumtiden

Tyngdebølger eller gravitationelle bølger er små krusninger i selve rumtiden. De udsendes, når to masser accelererer i forhold til hinanden - for eksempel når sorte huller eller neutronstjerner kredser om hinanden. Læs mere i artiklen Hvad er tyngdebølger?

Af tweetet fremgår det nemlig, at den amerikanske tyngdebølgedetektor LIGO har opfanget tyngdebølger, som denne gang er ledsaget af et lysfænomen på himlen – altså noget, som teleskoper kan få øje på. Det er præcis, hvad astronomerne har sukket efter.

Det kan nemlig være resultatet af to neutronstjerner, der støder sammen. Kombinationen af tyngdebølger og elektromagnetisk stråling kan give et væld af informationer om, hvad der sker i kollisionen, og det kan for eksempel give os helt ny viden om, hvordan tunge grundstoffer som guld og platin bliver dannet og spredt i universet.

Anderledes end sorte huller

Målbare tyngdebølger er små krusninger i rumtiden, der stammer fra nogle af de voldsomste begivenheder i universet.

LIGO Livingston

De to amerikanske LIGO-tyngdebølgedetektorer har arme, der er fire kilometer lange. Her er det detektoren ved Livingston i Louisiana. (Foto: Caltech)

De tre gange, LIGO med sikkerhed har opfanget tyngdebølger, har de været fra sorte huller, der er smeltet sammen efter at have roteret stadig hurtigere om hinanden. Men nu kan det altså være, at LIGO har fanget de noget svagere tyngdebølger fra kolliderende neutronstjerner.

Hvor sorte huller er de mest kompakte objekter, universet kan byde på, er neutronstjerner de næstmest kompakte. Neutronstjerner er resterne af døde stjerner, der er kollapset og er endt som små, hurtigt roterende himmellegemer tungere end Solen og med en diameter i omegnen af 20 km.

Når sorte huller smelter sammen, udsendes der sandsynligvis kun tyngdebølger og ikke elektromagnetisk stråling. Men det er helt anderledes med to neutronstjerner, der har kredset om hinanden for til sidst at støde sammen. Her vil der ifølge teorierne også være masser af stråling med forskellige bølgelængder.

Tyngdebølger og gammaglimt kan høre sammen

Allerede før det i 2015 blev muligt at måle tyngdebølger, håbede forskerne, at de kunne gøre dem klogere på neutronstjerner – især hvis der samtidig kunne måles elektromagnetisk stråling som for eksempel korte glimt af gammastråler, der er den mest energirige form for stråling.

Detektorer kan måle tyngdebølgerne

Når en kraftig tyngdebølge rammer Jorden, ændres rumtiden, så alting bliver strakt ud på den ene led og presset sammen på den anden. Effekten er dog ekstrem lille og svær at måle, men med enorme detektorer med kilometerlange arme kan det lade sig gøre. 

De to LIGO-detektorer i USA har begge arme på fire km. Den lidt mindre følsomme Virgo-detektor i Italien har arme på tre km.

»De mest oplagte kandidater til kraftige tyngdebølger, der kan opfanges af kommende detektorer her på Jorden, det er faktisk disse her sammensmeltende neutronstjerner. Hvis vi ser et kort gammaglimt, bør detektorerne også opfange tyngdebølgerne fra begivenheden. Så det er en spændende mulighed for fremtiden: At se, om gammaglimt og tyngdebølgerne følges ad,« som professor Jens Hjorth fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet sagde det i 2013.

I en senere artikel fra 2016, hvor LIGO havde fanget tyngdebølger fra sorte huller, uddybede han:

»Vi forventer ikke, at der kommer elektromagnetisk stråling fra de her systemer med to sorte huller. Men hvis to neutronstjerner smelter sammen, så vil det også give anledning til et signal.«

»Spørgsmålet er så, hvad kan man forvente af sådan to neutronstjerner, der smelter sammen – og der er vi så heldige, at vi tror, det falder sammen med noget, vi har forudsagt, nemlig korte gammaglimt, som kun varer i meget, meget kort tid, mindre end et sekund.«

Teleskoper blev rettet mod gammaglimt

Et enkelt tweet uden henvisninger til videnskabelige kilder er ikke noget, vi normalt beskæftiger os med på Videnskab.dk, men så begyndte folk at grave i sagen.

Det viste sig, at rumteleskopet Fermi, der opfanger gammastråler, målte et såkaldt gammaglimt 17. august. Et gammaglimt, der kan komme fra neutronstjerners kollision.

Rumteleskopet Chandra, der måler røntgenstrålingen fra universets varmeste fænomener, har også været i aktion. Teleskopets ugeplan for observationer blev ændret, så det blev peget i retning af gammaglimtet, viser et dokument fra teleskopets dataarkiv.

Her skal man bide mærke i sætningen 'Gravitational wave source detected by aLIGO, VIRGO, or both.' under 'Trigger Criteria'. Her står det sort på hvidt, at Chandras planer blev ændret på grund af tyngdebølger detekteret af aLIGO (den amerikanske tyngdebølgedetektor Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, normalt bare LIGO), det europæiske modstykke Virgo eller begge.

Hubble er også på arbejde

Også rumteleskopet Hubble har tilsyneladende været i aktion i forbindelse med gammaglimtet. I hvert fald er det i flere omgange blevet rettet mod galaksen NGC 4993, hvorfra gammaglimtet tilsyneladende udsprang. Det samme er teleskoperne VLT og ALMA, fremgår det af en artikel på Nature.com.

Galaksen NGC 4993

Den uldne klat i midten er galaksen NGC 4993, hvorfra gammaglimtet og måske også tyngdebølger stammer. (Foto: Digitized Sky Survey)

Billeder fra disse teleskoper vil vise, om der udover røntgen- og gammastråler også udsendes synligt lys, infrarød stråling og radiobølger.

Galaksen er cirka 130 millioner lysår herfra, og hvis der virkelig er tale om kolliderende neutronstjerner, der både har afgivet forholdsvis kraftige tyngdebølger og forskellige former for elektromagnetisk stråling – lige fra gammastråler til radiobølger – så skulle begge dele absolut være til at måle.

Nem sag for LIGO

LIGO-detektorerne er helt sikkert følsomme nok til at opfange tyngdebølger fra kolliderende neutronstjerner 130 millioner lysår væk. Faktisk ville de kunne måle bølger fra en kollision dobbelt så langt væk.

Det er straks mere tvivlsomt, om den mindre følsomme Virgo-detektor ved Pisa i Italien kan have opfanget de tyngdebølger, der måtte være udsendt fra et neutronstjernesammenstød i den afstand.

Det er nok lige på grænsen af, hvad Virgo kan klare, men med lidt held kan Virgo bekræfte LIGO-målingerne og være med til at fortælle, i hvilken retning tyngdebølgerne kom fra – hvilket er nødvendigt, hvis de skal kædes uløseligt sammen med gammaglimtet.

Ingen officiel udmelding

Endnu er der ingen officiel udmelding fra LIGO om den konkrete måske-observation. Forskere foretrækker fakta frem for rygter, og der forestår måneders analysearbejde, før forskerne er klar med en videnskabelig artikel om det kosmiske sammenstød.

De forskere, der har kendskab til sagens detaljer, vil ikke udtale sig til medierne, før det videnskabelige udredningsarbejde er klar. Det gælder også de danske forskere, som Videnskab.dk har snakket med.

Det betyder dog ikke, at folkene bag LIGO slet ikke har noget at fortælle. På LIGO's website kunne man 25. august læse, at der i den foreløbige analyse er identificeret lovende tyngdebølge-kandidater i de nyeste data fra både LIGO og Virgo.

Så det er helt sikkert, at der er officielle nyheder i vente – man skal blot væbne sig med tålmodighed. Det bliver spændende at høre, hvad forskerne kan konkludere ud fra tyngdebølgerne sammenholdt med observationerne fra de forskellige teleskoper. Vi lover at vende tilbage med en ny artikel, når vi ved mere.