Første observation af gravitationsbølger

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Jump to navigation Jump to search
Artiklen omhandler bekendtgørelsen den 11. februar 2016 af verdens første "direkte" gravitationsbølgeobservation på jorden den 14. september 2015 af en begivenhed som skete for ca. 1,3 milliarder år siden og 1,3 milliarder lysår fra jorden.
LIGO-måling af gravitationsbølger ved detektorerne Livingston (venstre) og Hanford (højre), sammenlignet med de teoretisk forudsagte værdier.

Den første observation af gravitationsbølger blev gjort den 14. september 2015.[1][2][3][4] Signalet er blevet navngivet GW150914.[1][5] Den detekterede bølgeform matcher den generelle relativitetsteoris forudsigelser for et binært system af sorte huller, der spirallerer mod hinanden og efterfølgende kolliderer og smelter sammen.[6] Observationerne viste således eksistensen af sådanne par af sorte huller, der kredser om hinanden, samt deres kollision. Gravitationsbølger viser sig som små forstyrrelser af rumtiden, og blev målt inden for et kort tidsinterval af to forskellige detektorer placeret med 3000 kilometers afstand, begge i USA.

Gravitationsbølger[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: Gravitationsbølge

Gravitationsbølger blev oprindeligt forudsagt i 1916[7][8] af Albert Einstein på grundlag af hans teori om den generelle relativitetsteori.[9] Et indirekte bevis på gravitationsbølger blev observeret i 1974 via bevægelsen af det dobbelte neutronstjerne-system PSR B1913+16, hvilket ledte til at Russell Alan Hulse og Joseph Hooton Taylor, Jr. modtog Nobelprisen i fysik i 1993.[10]

Detektering af hændelse[redigér | redigér wikikode]

Hændelsen blev detekteret af LIGO-detektorer i de amerikanske delstater Washington og Louisiana. Efterfølgende analyse af signalet indikerer, at det blev produceret ved kollisionen og sammensmeltningen af to sorte huller. Hændelsen producerede det gravitationelle bølgesignal GW150914,[1] som blev observeret klokken 09:50:45 UTC den 14. september 2015[6] af de to detektorer i LIGO-samarbejdet ved Hanford (Washington) og Livingston (Louisiana), der ligger omkring 3000 kilometer fra hinanden. De to øvrige detektorer af gravitationsbølger, Virgo-detektoren i Italien og GEO600 i Tyskland, var på det givne tidspunkt henholdsvis slukket grundet opgradering og ikke følsom nok til at detektere signalet.[1] I løbet af 0,2 sekunder steg signalet i frekvens og amplitude med omkring 8 svingninger fra 35 til 150 Hz, hvor amplituden toppede. Detektionen blev rapporteret mindre end tre minutter efter dataene var blevet opfanget.[1] Den blev først bemærket af en forsker ved Albert Einstein Institute i Hannover, Tyskland, der fulgte LIGO-observationerne på afstand.[11] Statistisk signalanalyse og 16 dages data før og efter signalhændelsen fra 12. september til 20. oktober identificerede GW150914 som en rigtig hændelse (ikke støj eller lignende) med en signifikans på over 5,1 sigma, det vil sige med en høj grad af sandsynlighed.[1]

Hændelsesvirkninger[redigér | redigér wikikode]

Analyse af signalet indikerer, at det blev produceret af fusionen af to sorte huller med masser36+54 solmasser og 29±4 solmasser. Massen af det resulterende sorte hul er beregnet til 62±4 solmasser. De manglende 3.0±0.5 solmassers energi blev strålet væk i form af gravitationsbølger i overensstemmelse med masse-energi-ækvivalensprincippet. Hændelsen skete i en afstand af 410+160180 megaparsec,[1][12] eller 1.3±0.6 milliarder lysår. Den maksimale spidseffekt af gravitationsbølgen ved kilden var omkring 3,6×1049 watt og dermed over ti gange mere end den sammenlagte lyseffekt af alle stjerner i det observerbare univers.[13][4] I løbet af tidsrummet for det detekterede signal steg de sorte hullers relative hastighed fra 30% til 60% af lysets hastighed. Da de begyndte at smelte sammen, kredsede de om hinanden i en afstand af omkring 350 km.[1] Bølgeformens afklingning efter den toppede er konsistent med de dæmpede svingninger, som man kunne forvente af et netop sammensmeltet sort hul.[1]

LIGO-detektorer[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: LIGO
Nordlige ben af LIGO Hanford Observatory.

LIGO opererer synkroniseret to gravitationsbølge-observatorier: LIGO Livingston Observatory (30°33′46.42″N 90°46′27.27″V / 30.5628944°N 90.7742417°V / 30.5628944; -90.7742417) i Livingston, Louisiana - og LIGO Hanford Observatory på DOE Hanford Site (46°27′18.52″N 119°24′27.56″V / 46.4551444°N 119.4076556°V / 46.4551444; -119.4076556), placeret nær Richland, Washington. Disse steder ligger 3.002 km fra hinanden. Den første drift af LIGO var i gang mellem 2002 og 2010 og detekterede ingen gravitationsbølger. Dette blev fulgt af flere års nedlukning, mens detektorerne blev udskiftet med den forbedrede detektorversion "Advanced LIGO".[14]  I februar 2015 begyndte man at teste de to avancerede detektorer.[15] Det var i denne periode gravitationsbølgen blev detekteret, mens den formelle drift først startede 18. september 2015.

Bekendtgørelse[redigér | redigér wikikode]

Bekendtgørelsen af detektionen blev gjort 11. februar 2016.[3] Der var mange rygter om en mulig detektion før bekendtgørelsen, rygterne startede efter tweet af Lawrence Krauss den 25. september 2015.[16]

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. ^ a b c d e f g h i Abbott, B.P. et al. (2016). "Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger". Phys. Rev. Lett. 116: 061102. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102. 
  2. ^ Overbye, Dennis (11. februar 2016). "Physicists Detect Gravitational Waves, Proving Einstein Right". New York Times. Hentet 11. februar 2016. 
  3. ^ a b Clark, Stuart (11. februar 2016). Gravitational waves: scientists announce 'we did it!' – live. Hentet 11. februar 2016. 
  4. ^ a b Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11. februar 2016). "Einstein's gravitational waves found at last". Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Hentet 11. februar 2016. 
  5. ^ Naeye, Robert (11. februar 2016). "Gravitational Wave Detection Heralds New Era of Science". Sky and Telescope. Hentet 11. februar 2016. 
  6. ^ a b "Gravitational waves from black holes detected". BBC News. 11. februar 2016. 
  7. ^ Einstein, A (June 1916). "Näherungsweise Integration der Feldgleichungen der Gravitation". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin part 1: 688–696. 
  8. ^ Einstein, A (1918). "Über Gravitationswellen". Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin part 1: 154–167. 
  9. ^ Finley, Dave. Einstein's gravity theory passes toughest test yet: Bizarre binary star system pushes study of relativity to new limits.. Phys.Org. 
  10. ^ Castelvecchi, Davide; Witze, Witze (11. februar 2016). "Einstein's gravitational waves found at last". Nature News. doi:10.1038/nature.2016.19361. Hentet 11. februar 2016. 
  11. ^ Gravitational Waves Exist: The Inside Story of How Scientists Finally Found Them. The New Yorker. 
  12. ^ Properties of the binary black hole merger GW150914. 11. februar 2016. 
  13. ^ Observation Of Gravitational Waves From A Binary Black Hole Merger. LIGO. 11. februar 2016. Hentet 11. februar 2016. 
  14. ^ Gravitational wave detection a step closer with Advanced LIGO. SPIE Newsroom. Hentet 4. januar 2016. 
  15. ^ LIGO Hanford's H1 Achieves Two-Hour Full Lock . February 2015. 
  16. ^ Gravitational-wave rumours in overdrive. Nature. 12. januar 2016. Hentet 11. februar 2016.