Glada fysiker. LIGO-forskarna Gabriela González, Rainer Weiss och Kip Thorne under presskonferensen i Washington, D.C. Foto: Anrew Harnik / APVisa alla (9)
Visa alla (9)

Gravitationsvågor upptäckta

Publicerad

Forskningsexperimentet LIGO har för första gången sett gravitationsvågor. Upptäckten anses banbrytande och kommer 100 år efter det att Einstein förutsade fenomenet.

Nyheten kommer efter ett halvår av växande rykten och presenterades under torsdagen vid två parallella presskonferenser i USA och Europa.

– Vi har detekterat gravitationsvågor. Vi gjorde det! förkunnade en lycklig David Reitze, chef för LIGO-experimentet och fysiker vid Caltech i Kalifornien.

Två kolliderande svarta hål

Gravitationsvågorna – minimala svängningar i själva rymden – detekterades den 14 september av LIGO-experimentets två observatorier i Louisiana och Washington. Signalen är enligt forskarna omisskänlig och anses härstamma från två svarta hål som smält samman, 1,3 miljarder ljusår bort.

Presskonferenserna följdes inte bara av världsmedia utan också av tiotusentals fysiker världen över. Nyheten anses epokgörande inom fysiken och bedöms av många också värdig ett nobelpris. Upptäckten kommer efter ett halvår av tilltagande rykten, decennier av sökande – och ganska exakt 100 år efter det att Albert Einstein förutsade fenomenet.

Troligt nobelpris

– Det ligger ett Nobelpris och väntar där om det faktiskt stämmer, det är jag ganska säker på. Det här är stort inom fysiken, sade Maria Sundin, astrofysiker vid Göteborgs universitet, till TT innan beskedet kom.

Gravitationsvågor är en konsekvens av Einsteins allmänna relativitetsteori. Einstein själv förutspådde fenomenet 1916, ett år efter att han lanserat sin relativitetsteori. Men sen dess har ingen lyckats se några gravitationsvågor – förrän nu.

Forskarna i LIGO-experimentet har arbetat med att försöka detektera gravitationsvågor i decennier. Mellan 2002 och 2010 försökte de med en tidigare version av sina detektorer, utan att lyckas. Och för knappt två år sen trodde ett annat forskarteam, BICEP, att de sett avtryck av gravitationsvågor i det svaga ljuset från universums födelse – men upptäckten visade sig inte hålla.

Minimala förvrängningar av rymden

Svårigheten att detektera gravitationsvågor beror på att de vanligtvis är extremt små. De uppstår som en slags svallvåg i rymden när massiva himlakroppar accelererar, exempelvis när de roterar runt varandra. Vågorna är förvrängningar i själva rummet som fortplantar sig med ljusets hastighet.

Också jorden som snurrar runt solen avger enligt teorin gravitationsvågor – men de är försvinnande små. Men extrema händelser, som när två svarta hål roterar runt varandra och till slut faller samman, borde teoretiskt sett ge upphov till gravitationsvågor som är möjliga att detektera med avancerade mätinstrument. Och det är precis vad LIGO-experimentet nu lyckats med.

Jorden blev en atomkärna större

De gravitationsvågor LIGO-experimentet upptäckt skall enligt forskarna ha dragit ut och tryckt samman jordklotet en hundratusendels miljarddels meter när de passerade jorden den 14 september i höstas. Det motsvarar ungefär storleken på en atomkärna. För att kunna mäta så små förvrängningar krävs extremt känsliga mätinstrument, så kallade interferometrar.

I interferometrar utnyttjas ljusets egenskaper för att mäta minimala förändringar i avstånd. Man kan säga att LIGO-experimentets interferometrar består av två enormt noggranna, 4 kilometer långa mätlinjaler. Mätlinjalerna ligger vinkelrät mot varandra och forma ett slags L.

Med hjälp av laserljus kan forskarna jämföra de två mätlinjalernas längd och urskilja förändringar som är mindre än en tiotusendel av en protons storlek -  en noggrannhet som med råge visade sig tillräcklig för att urskilja den puls som passerade jorden den 14 september. Samtidigt måste forskarna undvika att alla möjliga vibrationer stör mätningarna – alltifrån avlägsna jordbävningar till trafik på vägar.

Precis som Einstein förutsa

Sedan september har forskarna i LIGO-teamet noggrant undersökt sina data och uteslutit alla möjliga felkällor. Upptäckten anses nu bortom alla tvivel. Inte minst eftersom den puls av gravitationsvågor som passerade jorden den 14 september detekterades i LIGO-experimentets båda två olika observatorier i Louisiana och Washington, med en bråkdels sekunds mellanrum.

Resultaten publiceras nu också i den ansedda tidskriften Physical Review Letters. Den signal som detekterats stämmer enligt forskarna väl överens med Einsteins förutsägelser.

– De här fantastiska observationerna bekräftar en mängd teoretiskt arbete, inklusive Einsteins allmänna relativitetsteori, som förutsade gravitationsvågorna, säger den kände fysikern Stephen Hawking i en komentar till tidskriften Nature.

– Det du kan beräkna från Einsteins teori ser exakt ut som den signal som nu detekterats. För mig är det ett mirakel, kommenterar MIT-fysikern Rainer Weiss till tidskriften Science.

Världsrymden i ett helt nytt ljus

Weiss anses vara en av de fysiker som för över 40 år sen kom med idén till LIGO-experimentet. Tillsammans med den teoretiske fysikern Kip Thorne är han också en av experimentets grundare. En del spekulerar nu i att Weiss kan vara en av kandidaterna till ett kommande nobelpris. LIGO-teamet omfattar ett 1000-tal forskare.

Många fysiker menar att betydelsen av upptäckten inte enbart handlar om att man för första gången nu direkt kunnat se graviationsvågor. LIGO-experimentet anses också ha öppnat dörren för ett helt nytt sätt att studera världsrymden. För forskarna blir gravitationsvågorna som en form av ljus.

Med hjälp av gravitationsvågor hoppas man kunna studera objekt som inte avger något ljus alls – som svarta hål – följa extrema händelseförlopp och med ny precision pröva teorierna om gravitation.

Mot universums födelseögonblick?

Ett annat exempel är universums födelseögonblick. Det glödheta infernot efter universums födelse var ogenomträngligt för ljus – men inte för gravitationsvågor. Och när världsrymnden expanderade extremt snabbt under de allra första bråkdelarna av en sekund borde enorma gravitationsvågor ha genererats.

Redan nu innebär LIGO-forskarnas upptäckt också att det är första gången någon har sett två svarta hål som roterar runt varandra och till slut smälter samman. En del menar också att det är det bästa beviset hittills för att svarta hål existerar.

– Det handlar om den kraftfullaste explosion som mänskligheten någonsin kunnat detektera bortsett från Big Bang, kommenterar den teoretiske fysikern Kip Thorne i LIGO-teamet.

Enligt forskarna i LIGO-teamet ska dom två svarta hål som orsakade gravitationsvågorna ha varit 29 respektive 36 gånger så massiva som solen. Innan dom föll samman snurrade dom i en all tätare spiral, till slut bara några hundratals kilometer från varandra. När dom kolloiderade, med halva ljushastigheten, frigjordes en enorm mängd energi – motsvarande 3 solmassor – i form av gravitationsvågor.

– Den här upptäckten är början på en ny era: Att studera universum med hjälp av gravitationsvågor har nu blivit verklighet, konstaterar LIGO-experimentets talesperson Gabriela González, professor vid Louisiana State University.

Gravitationsvågor – 100 år från Einstein till upptäckt

Visa

Gravitationsvågor är en slags förvrängningar av rymden som förutsades av Einstein. De är för det mesta ytterst små och uppstår när någonting massivt accelererar. Vid vissa extrema händelser, som när två svarta hål roterar runt varandra och till slut faller samman, kan en kraftigare puls av gravitationsvågor skickas ut. Vid universums födelse, när världsrymden växte i en våldsam takt, tros också kraftiga gravitationsvågor har sänts ut. Åtskilliga forskargrupper har försökt detektera gravitationsvågor under de senaste decennierna. Men LIGO-experimentet är det första som lyckats.

1915 Einstein publicerar sin allmänna relativitetsteori.

1916 Einstein förutsäger gravitationsvågor från massiva himlakroppar som roterar runt varandra.

1968 Den amerikanske fysikern Joseph Weber säger sig ha upptäckt gravitationsvågor med en teknik han utvecklat kallad Weber-stav – en stor aluminiumcylinder som skulle påverkas av vågorna. Webers forskning skapade rubriker under flera år men kunde inte bekräftas av andra forskare. De flesta menar att Weber aldrig detekterade några gravitationsvågor, men själv höll han fast vid sina resultat fram till sin död år 2000.

1972 Rainer Weiss vid MIT föreslår en ny metod för att detektera gravitationsvågor med hjäp av interferometri. En liknande metod föreslogs tio år tidigare av ryssarna M.E. Gertsenshtein och V.I. Pustovoit. Samma år skickas en Weber-detektor med Apollo 17 till månen.

1974 Astronomerna Joseph Taylor och Russell Hulse upptäcker ett fenomen som för första gången indirekt bekräftade att gravitationsvågor finns. Det handlar om två speciella sorters stjärnor, en pulsar som roterar runt en neutronstjärna. Med tiden tycks pulsaren bromsa in. Det anses bero på att systemet sänder ut gravitationsvågor. Upptäckten belönades med nobelpriset i fysik 1993.

1979 LIGO-experimentet börjar planeras utifrån Rainer Weiss förslag. Rainer Weiss och den teoretiske fysikern Kip Thorne vid Caltech är två huvudnamn bakom experimentet.

1990 Pengar och klartecken ges för att bygga LIGO-experimentet.

1996 I Europa börjar byggandet av ett liknande experiment – Virgo.

2002-2010 LIGO-experimentet söker förgäves efter gravitationsvågor.

2010-2015 LIGO-experimentet uppgraderas.

2014 Amerikanska forskare säger sig ha upptäckt gravitationsvågor från universums födelse med radioteleskopet BICEP2. Men upptäckten visar sig senare troligen felaktig.

2015 Det uppgraderade LIGO-experimentet börjar på nytt sökandet efter gravitationsvågor.

2016 Den 11 februari presenterar LIGO-experimentet upptäckten av gravitationsvågor.

Lokal. Lättanvänd. Opartisk. Ladda ner appen nu!

Hämta SVT Nyheter i App StoreLadda ned SVT Nyheter på Google Play

Så arbetar vi

SVT:s nyheter ska stå för saklighet och opartiskhet. Det vi publicerar ska vara sant och relevant. Vid akuta nyhetslägen kan det vara svårt att få alla fakta bekräftade, då ska vi berätta vad vi vet – och inte vet. Läs mer