Efter tænding i september 2015 opdagede LIGO-dobbeltobservatoriet - Laserinterferometer-gravitationsbølgeobservatorierne i Hanford, Washington og Livingston, Louisiana - samtidig sammenlægningen af to sorte huller i den første arbejdssession, skønt deres følsomhed var indstillet til 30% af muligt. Fusionen af to sorte huller 36 og 29 solmasser, opdaget 14. september 2015, og andre sorte huller ved 14 og 8 solmasser, der blev opdaget den 26. december 2015, gav den første klare og direkte bekræftelse af eksistensen af tyngdekraftsbølger. Det tog et århundrede at gøre dette. Endelig var teknologien i stand til at teste teorien og bekræfte den.
Men opdagelsen af disse bølger er bare begyndelsen: en ny æra brygger inden for astronomi. For 101 år siden fremsatte Einstein en ny teori om tyngdekraften: generel relativitet. Sammen med det fulgte erkendelsen: fjerne masser tiltrækker ikke lignende med det samme i hele universet, denne tilstedeværelse af stof og energi deformerer rum-tidens stof. Dette helt nye billede af tyngdekraften medbragte en hel række uventede konsekvenser, inklusive gravitationslinser, et ekspanderende univers, gravitations tidsudvidelse og - som vi nu ved med sikkerhed - eksistensen af en ny type stråling: gravitationsbølger. Når masser bevæger sig eller accelererer relativt til hinanden gennem rummet, skaber reaktionen i selve rummet krusninger. Denne krusning bevæger sig gennem rummet med lysets hastighed og som et resultat falder ned i vores detektorer,informerer os om fjerne begivenheder gennem tyngdekraftsbølger.
Det er nemmest at registrere objekter, der udsender stærke signaler, nemlig:
- store masser
- placeret i en lille afstand mellem dem, - hurtigt roterende
Salgsfremmende video:
- med markant skiftende baner.
De bedste kandidater kolliderer tydeligvis sammen, sammenbrudte genstande som sorte huller og neutronstjerner. Vi er også nødt til at huske den hyppighed, hvorpå vi kan registrere disse genstande, som vil være nogenlunde lig med længden af detektorens bane (armlængde gange antallet af reflektioner) divideret med lysets hastighed.
LIGO kan med sine 4 kilometer lange arme med tusinder af lysreflektioner se objekter ved frekvenser i millisekundområdet. Dette inkluderer sammensmeltning af sorte huller og neutronstjerner i den sidste fase af fusionen, samt eksotiske begivenheder som sorte huller eller neutronstjerner, der forbruger en stor del af stof og gurgle og bliver mere sfærisk. En stærkt asymmetrisk supernova kan også skabe en gravitationsbølge; kernekollaps rammer sandsynligvis ikke gravitationsbølgedetektorer, og fusionering af hvide dværgstjerner i nærheden kunne godt.
Vi har allerede set sammensmeltning af sorte huller med sorte huller, og når LIGO forbedres, er det rimeligt at antage, at vi i løbet af de næste par år vil have den første generation af skøn over sorte huller med stjernemasser (fra nogle få til hundrede solmasser). LIGO skal også finde fusioner mellem neutronstjerner og neutronstjerner; når observatorierne når den planlagte følsomhed, vil de være i stand til at observere tre til fire begivenheder pr. måned, hvis vores estimater af hyppigheden af deres fusion og LIGO-følsomheden er korrekte.
Asymmetriske supernovaer og bobling af eksotiske neutronhuller vil være ekstremt interessant at opdage (hvis det er muligt, fordi det menes at være sjældne begivenheder). Men de største gennembrud forventes med flere detektorer. Når VIRGO-detektoren i Italien begynder at arbejde, vil reel positionering være mulig på grund af triangulering: vi vil være i stand til nøjagtigt at bestemme, hvor disse begivenheder er født i rummet og derefter udføre optiske målinger. VIRGO vil blive efterfulgt af tyngdekraftsinterferometre i Japan og Indien. Om få år vil vores vision om gravitationsbølgehimmlen nå et nyt niveau.
Men vores største succeser begynder, når vi bringer vores tyngdekraftsambitioner ud i rummet. I rummet er du ikke begrænset til seismisk støj, lastbilnedbrud eller pladetektonik; kun et stille rumvakuum i baggrunden. Du er ikke begrænset af jordens krumning, den mulige længde af observationsarme; det er muligt at starte observatoriet længere fra Jorden eller endda ind i kredsløb omkring solen. Vi kunne måle objekter ikke i millisekunder, men i sekunder, dage, uger eller længere. Vi kunne registrere gravitationsbølger fra supermassive sorte huller, inklusive de største kendte objekter i universet.
Endelig, hvis vi bygger et rumobservatorium stort nok og følsomt nok, kunne vi se de tyngdekraftsbølger, der er tilbage fra selve Big Bang. Vi kunne direkte registrere de gravitationsmæssige forstyrrelser af kosmisk inflation og ikke kun bekræfte vores kosmiske oprindelse, men også bevise, at tyngdekraften i sig selv er en kvantekraft i naturen. Når alt kommer til alt kunne disse inflationære gravitationsbølger ikke have vist sig, hvis tyngdekraften i sig selv ikke var et kvantefelt.
Der er i øjeblikket en løbende debat om, hvilken NASA-mission vil være en prioritet i 2030'erne. Mens mange gode missioner tilbydes, er det værd at bemærke konstruktionen af et rumbaseret observationsobservatorium for gravitationsbølger i bane rundt om solen. Vi har teknologien, vi har bevist dens brugbarhed, vi har bekræftet eksistensen af bølger. Fremtidens gravitationsbølge-astronomi er kun begrænset af, hvad universet selv kan give os, og hvor meget vi vil bruge på det. Nytidens storhedstid er allerede begyndt. Spørgsmålet er stadig, hvor lyst dette nye astronomifelt vil skinne.
ILYA KHEL