Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:26 • sest 21:28 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:24 • Sest 05:22 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:10 • Síðdegis: 18:30 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:11 • Síðdegis: 12:20 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Stjarnvísindi: alheimurinn
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?

Gunnlaugur Björnsson

Hinn 11. febrúar 2016 var tilkynnt að í fyrsta skipti hefði tekist að mæla þyngdarbylgjur. Mælingin var gerð hinn 14. september 2015 í Advanced LIGO-stöðinni sem sérstaklega er byggð til þessa verkefnis. Niðurstaðan er bæði vísindalegt og tæknilegt afrek því menn höfðu reynt að mæla þyngdarbylgjur í 40 ár áður en það loksins tókst. Bylgjuhreyfingin sem mældist er svo lítil að hún nemur einungis um þúsundasta hluta af þvermáli róteindar, minnsta atómkjarnans.

Mælingin vakti mikla athygli enda spáir almenna afstæðiskenning Einsteins fyrir um tilvist þeirra. Kenningin og forspár hennar hafa verið margprófaðar á ýmsan annan hátt þá öld sem liðin er frá því að hún var sett fram og það þótti því mörgum ljóst að á endanum tækist að nema bylgjurnar. Það reyndist þó mun örðugra en bjartsýnustu menn töldu.

Þyngdarbylgjur má hugsa sér sem gárur í tímarúminu, ekki ósvipaðar gárum á vatnsyfirborði. Þeim er ekki auðvelt að koma af stað, til þess þarf massamikinn og afar þéttan hlut, eða samspil tveggja þéttra hnatta eins og til dæmis nifteindastjarna eða svarthola. Bylgjurnar sem greint var frá í febrúar mynduðust einmitt þegar tvö svarthol runnu saman í eitt stærra. Reyndist annað þeirra hafa verið 29 sinnum massameira en sólin, en hitt 36 sinnum massameira. Orkan sem losnaði frá þeim á formi þyngdarbylgna samsvarar orku þriggja sólarmassa og ljósafl bylgnanna var tífalt ljósafl sýnilegs ljóss allra stjarna í alheimi, samanlagt! Fjarlægðin til þess kerfis er um 1,3 milljarðar ljósára sem er þá um leið tíminn sem það tók bylgjurnar að berast til jarðar.

Þyngdarbylgjurnar sem mældust á mælistöðvunum tveimur í Livingston og Hanford. Merkin eru eins, en sáust í nemunum með 0,7 millisekúndna millibili sem samsvarar ferðatíma bylgnanna á milli mælistaðanna. Úr bylgjuforminu má lesa síðustu augnablik svartholanna sem runnu saman og komu þyngdarbylgjunum af stað, auk massa svartholanna tveggja.

Mælingin á þyngdarbylgjunum opnar nýja leið til að kanna alheiminn og innihald hans. Þær bætast þannig við rafsegulbylgjur, það er sýnilegt ljós, innrauða geislun, útvarpsbylgjur, röntgen- og gammageisla, sem stjarnvísindamenn nýta með góðum árangri til að kanna alheiminn. Rafsegulbylgjurnar geta þó aldrei gefið annað en óbeina mælingu á svartholum og massa þeirra, en hann má áætla út frá áhrifunum sem þau hafa á nánasta umhverfi sitt. Þyngdarbylgjurnar opna leið á algerlega nýja möguleika til rannsókna á fjarlægum fyrirbærum og öruggt má telja að óvæntar uppgötvanir líti dagsins ljós í kjölfarið. Þyngdarbylgjur bera nefnilega með sér upplýsingar sem ekki er hægt að fá með beinum hætti með annarri geislun, sér í lagi má finna massa svartholanna sem renna saman og koma þyngdarbylgjum af stað. Skilningur manna á þéttum stjörnum eins og nifteindastjörnum og svartholum mun aukist til muna, en einnig á sprengistjörnum sem geta gárað tímarúmið lítillega.

Þegar menn hafa náð góðum tökum á mælingunum má reikna með að fljótlega fáist ítarlegar upplýsingar um eiginleika þessarra stjarna sem ekki er unnt að afla á annan hátt með beinum hætti. Má þar nefna ástandsjöfnu kjarnefnis, en líta má á nifteindastjörnur sem risavaxna atómkjarna og ástandsjafnan lýsir eiginleikum þessa efnis. Þá munu einnig fást upplýsingar um hverfiþunga svarthola og áhrif hans á þróun kerfa tveggja svarthola. Beinar mælingar á þyngdarbylgjum frá sprengistjörnum eru líklega erfiðastar, en þær þurfa að vera tiltölulega nærri til að unnt sé að nema bylgjurnar frá þeim.

Teiknuð mynd af þyngdarbylgjum við samruna tveggja svarthola.

Hugsanlega má greina einhver merki um þyngdarbylgjur í örbylgjukliðnum, sem eiga upptök sín á upphafsaugnablikum alheimsins, en þær yrðu af mjög lágri tíðni og eru sem stendur langt utan seilingar, jafnvel með nýrri kynslóð LIGO-nema.

Nú er nokkuð síðan vinna hófst við næstu kynslóð þyngdarbylgjunema, LISA, en sá nemi er gerður úr þremur gervitunglum sem svífa í þyngdarleysi í geimnum. Í desemberbyrjun 2015 var svokölluðu LISA-Pathfinder fari skotið út í geim. Því er ætlað að prufukeyra þá tækni sem fullbúin stöð mun nota. Hafa allar prófanir gengið mjög vel til þessa. Eftir hinn stórkostlega árangur Advanced LIGO, hefur þróun LISA verkefnisins nú verið flýtt og er áætlað að mælingar geti hafist upp úr árinu 2030.

Myndir:

Höfundur

Gunnlaugur Björnsson

Gunnlaugur Björnsson

deildarstjóri Háloftadeildar - Raunvísindastofnun Háskólans

Útgáfudagur

17.3.2016

Spyrjandi

Martin Swift

Efnisorð

Tilvísun

Gunnlaugur Björnsson. „Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?“ Vísindavefurinn, 17. mars 2016. Sótt 23. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=71863.

Gunnlaugur Björnsson. (2016, 17. mars). Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=71863

Gunnlaugur Björnsson. „Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?“ Vísindavefurinn. 17. mar. 2016. Vefsíða. 23. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=71863>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað geta þyngdarbylgjur sagt okkur um alheiminn?
Hinn 11. febrúar 2016 var tilkynnt að í fyrsta skipti hefði tekist að mæla þyngdarbylgjur. Mælingin var gerð hinn 14. september 2015 í Advanced LIGO-stöðinni sem sérstaklega er byggð til þessa verkefnis. Niðurstaðan er bæði vísindalegt og tæknilegt afrek því menn höfðu reynt að mæla þyngdarbylgjur í 40 ár áður en það loksins tókst. Bylgjuhreyfingin sem mældist er svo lítil að hún nemur einungis um þúsundasta hluta af þvermáli róteindar, minnsta atómkjarnans.

Mælingin vakti mikla athygli enda spáir almenna afstæðiskenning Einsteins fyrir um tilvist þeirra. Kenningin og forspár hennar hafa verið margprófaðar á ýmsan annan hátt þá öld sem liðin er frá því að hún var sett fram og það þótti því mörgum ljóst að á endanum tækist að nema bylgjurnar. Það reyndist þó mun örðugra en bjartsýnustu menn töldu.

Þyngdarbylgjur má hugsa sér sem gárur í tímarúminu, ekki ósvipaðar gárum á vatnsyfirborði. Þeim er ekki auðvelt að koma af stað, til þess þarf massamikinn og afar þéttan hlut, eða samspil tveggja þéttra hnatta eins og til dæmis nifteindastjarna eða svarthola. Bylgjurnar sem greint var frá í febrúar mynduðust einmitt þegar tvö svarthol runnu saman í eitt stærra. Reyndist annað þeirra hafa verið 29 sinnum massameira en sólin, en hitt 36 sinnum massameira. Orkan sem losnaði frá þeim á formi þyngdarbylgna samsvarar orku þriggja sólarmassa og ljósafl bylgnanna var tífalt ljósafl sýnilegs ljóss allra stjarna í alheimi, samanlagt! Fjarlægðin til þess kerfis er um 1,3 milljarðar ljósára sem er þá um leið tíminn sem það tók bylgjurnar að berast til jarðar.

Þyngdarbylgjurnar sem mældust á mælistöðvunum tveimur í Livingston og Hanford. Merkin eru eins, en sáust í nemunum með 0,7 millisekúndna millibili sem samsvarar ferðatíma bylgnanna á milli mælistaðanna. Úr bylgjuforminu má lesa síðustu augnablik svartholanna sem runnu saman og komu þyngdarbylgjunum af stað, auk massa svartholanna tveggja.

Mælingin á þyngdarbylgjunum opnar nýja leið til að kanna alheiminn og innihald hans. Þær bætast þannig við rafsegulbylgjur, það er sýnilegt ljós, innrauða geislun, útvarpsbylgjur, röntgen- og gammageisla, sem stjarnvísindamenn nýta með góðum árangri til að kanna alheiminn. Rafsegulbylgjurnar geta þó aldrei gefið annað en óbeina mælingu á svartholum og massa þeirra, en hann má áætla út frá áhrifunum sem þau hafa á nánasta umhverfi sitt. Þyngdarbylgjurnar opna leið á algerlega nýja möguleika til rannsókna á fjarlægum fyrirbærum og öruggt má telja að óvæntar uppgötvanir líti dagsins ljós í kjölfarið. Þyngdarbylgjur bera nefnilega með sér upplýsingar sem ekki er hægt að fá með beinum hætti með annarri geislun, sér í lagi má finna massa svartholanna sem renna saman og koma þyngdarbylgjum af stað. Skilningur manna á þéttum stjörnum eins og nifteindastjörnum og svartholum mun aukist til muna, en einnig á sprengistjörnum sem geta gárað tímarúmið lítillega.

Þegar menn hafa náð góðum tökum á mælingunum má reikna með að fljótlega fáist ítarlegar upplýsingar um eiginleika þessarra stjarna sem ekki er unnt að afla á annan hátt með beinum hætti. Má þar nefna ástandsjöfnu kjarnefnis, en líta má á nifteindastjörnur sem risavaxna atómkjarna og ástandsjafnan lýsir eiginleikum þessa efnis. Þá munu einnig fást upplýsingar um hverfiþunga svarthola og áhrif hans á þróun kerfa tveggja svarthola. Beinar mælingar á þyngdarbylgjum frá sprengistjörnum eru líklega erfiðastar, en þær þurfa að vera tiltölulega nærri til að unnt sé að nema bylgjurnar frá þeim.

Teiknuð mynd af þyngdarbylgjum við samruna tveggja svarthola.

Hugsanlega má greina einhver merki um þyngdarbylgjur í örbylgjukliðnum, sem eiga upptök sín á upphafsaugnablikum alheimsins, en þær yrðu af mjög lágri tíðni og eru sem stendur langt utan seilingar, jafnvel með nýrri kynslóð LIGO-nema.

Nú er nokkuð síðan vinna hófst við næstu kynslóð þyngdarbylgjunema, LISA, en sá nemi er gerður úr þremur gervitunglum sem svífa í þyngdarleysi í geimnum. Í desemberbyrjun 2015 var svokölluðu LISA-Pathfinder fari skotið út í geim. Því er ætlað að prufukeyra þá tækni sem fullbúin stöð mun nota. Hafa allar prófanir gengið mjög vel til þessa. Eftir hinn stórkostlega árangur Advanced LIGO, hefur þróun LISA verkefnisins nú verið flýtt og er áætlað að mælingar geti hafist upp úr árinu 2030.

Myndir:...