Ursprunglig fråga: Vad tror du om rapporten om att man observerat gravitationsstrålning? Nobelpris eller misstag? /Sven P
Svar: Nobelpris i fysik 2017 Gravitationsvågor (både den populära och den avancerade artikeln är utomordentligt välskrivnen)
Rainer Weiss, Barry C. Barish, Kip S. Thorne "för avgörande bidrag till LIGO-detektorn och observationen av gravitationsvågor"
Gravitationsvågor är inom fysiken krusningar i krökningen av rumtiden som propagerar som vågor som rör sig ut från källan. Fenomenet förutspåddes 1916 av Albert Einstein baserad på hans allmänna relativitetsteori, som säger att gravitationsvågor transporterar energi som gravitationsstrålning.
Data och analys ser mycket övertygande ut. En oberoende observation krävs nog för nobelpris, men med det är det ett kassaskåpssäkert nobelpris. Vilka av c:a 1000 författare som får det är en svårare fråga. Knappast Abbot som står först på bästa bokstavsordning.
Det finns flera skäl till att detta är en mycket viktig upptäckt:
Ännu ett bevis för att den allmänna relativitetsteorin är korrekt - exakt 100 år efter Einsteins publikation
Öppnar ett nytt fönster för observationer av universum
Det hittills mest direkta beviset för att svarta hål med en massa av storleksordningen tiotals solmassor existerar
Ger information om den senare utvecklingen hos massiva stjärnor
Gravitationsvågor har observerats i två detektorsystem: Hanford i Washington State (H1) och Livingstone i Louisiana (L1). Avståndet mellan dessa är c:a 3000 km, så den maximala skillnaden i ankomstid till detektorerna är 10 ms.
Fördelen med flera detektorer långt ifrån varandra är dels att man kan eliminera lokala störningar och dels att man kan lokalisera källan. Med fler detektorsystem (som är på gång) kan man lokalisera källan mer exakt. Man kan då leta efter signaler i t.ex. röntgen, gamma eller det synliga området av det elektromagnetiska spektrum.
Detektorerna består av en laser-interferometer med 4 km långa ben i 90 graders vinkel mot varandra. Idén är att gravitationsvågona påverkar benen olika vilket detekteras genom interferens vid startpunkten.
Händelsen med det lite fantasilösa namnet GW150914 (gravitational wave 14/9 2015) tolkas som en sammansslagning mellan två svarta hål. Detta är nog den mest våldsamma händelse vi kan observera i universum. Energin i gravitationsvågorna är 3 solmassor dvs
E = mc2 = 2*1030*(3*108)2 = 1.8*1047 J
Detta var en av de händelser man hoppades kunna detektera, men man vet fortfarande inte hur vanliga dessa sammanslagningar mellan svarta hål är. Som hjälp i sökandet använder man simuleringar med den allmänna relativitetsteorin av svarta hål av olika storlek som slås ihop. Signalen man väntar sig visas näst längst ner i nedanstående bild. När hålen kommer nära varandra kommer de att sända ut mycket energi bland annat i form av gravitationsstrålning. De kommer då att spinna snabbare och snabbare runt varandra. Frekvensen ökar och amplituden ökar tills händelsehorisonterna överlappar och de båda svarta hålen blir ett. Hela processen tar c:a 0.2 sekunder.
Övre bilden visar data från GW150914. Den röda kurvan (från H1) har förskjutits 7 ms och inverterats. Man ser att det är en imponerande överensstämmelse med kurvan från L1-detektorn. Överensstämmelsen med de teoretiska beräkningarna är också mycket god. Man har även bestämt massorna av de två svarta hålen till 36 och 29 solmassor. Det resulterande svarta hålets massa bestämdes till 62 solmassor. De resterande 3 solmassorna blev alltså gravitationsstrålningen som observerades.
För att man skall vara säker på att de som analyserar data gör ett bra jobb lägger man in testdata i smyg:
"In the past, a few senior members of the LIGO team have tested the group's ability to validate a potential discovery by secretly inserting ‘blind injections’ of fake gravitational waves into the data stream to test whether the research team can differentiate between real and fake signals. But the September detection happened before blind injections were being made, so it is thought to be a signal from a real astrophysical phenomenon in the Universe."
Bilder från föredrag av Chris Van Den Broeck: The direct detection of gravitational waves:
The first discovery, and what the future might bring
http://indico.lucas.lu.se/getFile.py/access?resId=0&materialId=slides&confId=333
Tillägg 16 okt. 2017
"The merging of two neutron stars was detected by gravitational waves and then by telescopes in all parts of the electromagnetic spectrum."
