Vid dagens världsomspännande preskonferens presenterades resultaten från en bokstavligt talat världsomspännande forskningsprojekt: Event Horizon Telescope. Mer om bakgrunden finns att läsa här.

Nu har man alltså äntligen lyckats att ta den allra första bilden – en riktig bild – av ett svart hål. Verklighetens svar på filmen Interstellar. Det är två svarta hål man fokuserat på. Det i centrum av vår Vintergata med en massa på några miljoner gånger solens och det i centrum av galaxen Messier 87 i Virgohopen som är tusen gånger större. Eftersom det senare ligger tusen gånger längre bort ser de ungefär lika stora ut på himlen. Eller små. Som en golfboll på månen. Fast svart.

I praktiken visade det sig att det var det svarta hålet i M87 som var lättast att avbilda med lagom mycket materia i vägen. Delvis nog beroende på att det vänder sin ena pol nästan rakt mot oss. Vinkeln är bara 17 grader. Detta är skälet till att bilden inte ser riktigt ut som i Interstellar som visar ett svart hål med skiva med infallande gas rakt från sidan. Mer förklaring här.

Bilden är inom felmarginalen helt cirkulär vilket är att vänta om man ser det svarta hålet från ett sådant håll. Från sidan skulle rotationen platta till det. Ett nästa steg – om man vill hitta ny fysik – blir att mäta formen riktigt noga och se om det finns någon avvikelse.

Håll koll på EHT framöver. Det här är bara början.

Inlägget Interstellar – på riktigt dök först upp på Ulf Danielsson.

Spoilervarning, läs på bloggen också om tidigare avsnitt.

Temat under den gångna veckan har varit astrobiologi. Våra hjältar har under ett antal försök att via portalen nå universums mittpunkt (var den nu kan ligga) hamnat alldeles galet. Vid ett tillfälle damp de ned i vad som ser ut som en tropisk skog. Trots att det rimligen handlar om en avlägsen planet, som väl kan befinna sig var som helst i universum, verkar allt ändå märkligt bekant. Atmosfären har dessutom en lämplig sammansättning som gör det möjligt att andas, och planetens tyngdkraft verkar vara ungefär som jordens. Monstret de träffar ser i och för sig förskräckligt ut och dess avsikter, även om de till en början är oklara, ligger helt i linje med vad Hans och Greta råkade ut för. Men just detta är nog det allra märkligaste. Hur kan det vara möjligt för Asrin, Lima, Max och professor Styregaard att överhuvudtaget kunna äta den mat som monstret försöker lura i dem? Är inte risken rätt stor att de helt enkelt blir förgiftade? Och monstret borde väl också ta sig en funderare över vad det vågar sätt upp på menyn? Man skulle ju kunna tro att livets kemi kan skilja sig rätt rejält på en främmande planet. Om det nu inte finns någon slags grundprincip som är densamma överallt? Kanske allt liv är baserat på DNA-molekyler, aminosyror och proteiner? De bär som professorn hittar har förvisso en olustig effekt som är en antydan i denna riktning,  Men hur liv på andra planeter kan gestalta sig har hittills varit okänt och Julkalendern ger i detta sammanhang en viktig ledtråd.

De senaste dagarna har barnen kämpat för livhanken på en planet till synes helt täckt av is och snö. Förmodligen handlar det om en stor måne i omloppsbana kring en jätteplanet som Jupiter eller större. Den uppmärksamme kan ju på himlen ibland ana en stor planet med ringar och ytterligare någon måne. Vi har redan innan Julkalendern känt till att jätteplaneter är vanliga och de som finns i vårt solsystem har flera större månar. Det är vanligt att de är rejält isiga, och under istäcket döljer sig ofta djupa hav. Saturnus måne Enceladus är ett intressant exempel med geysrar som sprutar ut vattenånga…

Planeten Asrin, Lima, Max, och så småningom professor Styregaard, hamnat på kan alltså mycket väl vara en ganska typisk jordliknande planet. Olyckligtvis är nätterna rejält kalla – det hävdas att temperaturen går ner till den absoluta nollpunkten, minus 273 grader. Värme innebär rörelse och vid den absoluta nollpunkten upphör alla skakningar och de flesta ämnen stelnar till is vid långt högre temperaturer. När det gäller kväve och syre strax under 200 minusgrader. Detta innebär att hela atmosfären nattetid regnar ner som vätska och sedan fryser till is. På morgonsidan tinar allt upp igen och atmosfären återställs. Den sovsäck som professor Styregaard har med sig när hon räddar barnen måste alltså var av ett sällsamt slag för att klara påfrestningarna. (Detta gäller också tältet.) Man har spekulerat i att någonting liknande kan vara fallet vid årstidsväxlingarna på Pluto, men mycket tyder nu på att stora delar av Plutos atmosfär klarar även den värsta midvintern.

Det är nu bara en dryg vecka kvar tills dess att tiden stannar. Oroväckande skakningar drabbar världen. Möjligen rör det sig om kraftfulla gravitationsvågor som på något sätt alstras i samband med den analkande katastrofen. En slags rymdbävning som i sin tur orsakar en jordbävning. Just i år har ju Nobelpriset i fysik gått till de första direkta mätningarna av gravitationsvågor från kolliderande svarta hål (leta runt på bloggen om mer i ämnet!), men dessa kommer inte i närheten av den styrka det handlar om i Julkalendern. För att orsaka jordbävning skulle det krävas två kolliderande svarta hål på ett  avstånd av bara några tusen kilometer.

Men att det har att göra med gravitationsvågor är förstås bara en ren spekulation.

Mer om rymdbävningar.

Inlägget The physics of Julkalendern 5/12-14/12 dök först upp på Ulf Danielsson.

Lantzkampen P1, 2017-10-07, om gravitationsvågor

.

Inlägget Lantzkampen i P1 dök först upp på Ulf Danielsson.

Strax före lunch den 14 september 2015 hände just precis detta. Eller egentligen för nära 1,5 miljarder år sedan, på ett avstånd av lika många ljusår i en avlägsen och okänd galax. Två svarta hål med massorna 29 och 36 gånger solens kolliderade och skapade ett enda svart hål med 62 solmassor. Men 29+36=65, så det fattas något… Hela 3 solmassor försvann på vägen och omvandlades till gravitationsvågor som sedan med ljusets hastighet bredde ut sig över universum.   En rejäl smäll men rumtiden är stel, och det krävs mycket för att den skall börja ruska.

Ta fram en skål med vatten! Eller fyll badkaret om du har större ambitioner.

gravitations

Om du knyter handen och slår mot ytan skapas den enklaste typen av våg – en monopol. Drar du med din ena hand fram och tillbaka får du en dipol, och stoppar du ned båda händerna får du en kvadrupol. Den enklaste sortens radiovåg sänds ut från en dipol där en ström går fram och tillbaka i en radioantenn. Men några motsvarande gravitationsvågor finns inte. För varje massa i rörelse måste det finnas en annan massa som rör sig åt andra hållet. Du måste alltså blöta ner båda händerna om du vill visa hur det går till! Det krävs alltså minst två kroppar i omloppsbana – tex två svarta hål.

Gravitationsvågorna från de kolliderande svarta hålen uppmättes med hjälp av de två amerikanska LIGO-detektorerna placerade på ett avstånd av 300 mil från varandra. Uppgiften var inte lätt och det har tagit decennier att utveckla och bygga dem. De vibrationer man lyckats mäta är många gånger mindre än en atomkärna i storlek. Man kan jämföra det med att mäta avståndet till en stjärna 10 ljusår bort med en noggrannhet som motsvarar vidden av ett hårstrå. Ett helt nytt fönster har öppnats mot universum och för första gången kan man komma de svarta hålen riktigt nära in på livet.

Och nu är det alltså dags för Nobelpris till pionjärerna Rainer Weiss och Kip Thorne, och vetenskapsmannen och ledaren Barry Barish som fick det komplicerade projektet i hamn. Grattis!

Mer information finns på bloggen och hos KVA.

Inlägget Årets Nobelpris i fysik – för dig som kan jonglera dök först upp på Ulf Danielsson.

LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Det har smällt till igen. LIGO har precis tillkännagivit upptäckten av ytterligare ett par av kolliderande svarta hål. Fenomenet är fortfarande så pass nytt och spektakulärt att det förtjänar en kort rapport. Denna gång handlar det om två svarta hål med rotationsaxlarna i olika vinklar. Detta leder till lite extra finesser när de rullar ihop och bildar ett större svart hål. Bland annat tar det lite längre tid för dem att smälta samman eftersom de måste räta upp rotationsaxlarna och komma överens om hur det sammansmälta svarta hålet skall rotera. Det faktum att de roterar olika tyder på att det är svarta hål som inte vuxit upp tillsammans i samma stjärnsystem utan funnit varandra först på äldre da’r.

LIGO kommer att tillfälligt stänga ner i början på hösten, kanske hittar man ytterligare några händelser innan dess? Man kommer att ägna sig åt en del uppgradering under kommande år och förväntar sig att runt år 2020 uppnå en känslighet som gör det möjligt att se en kollision varje dag. Får bli lite längre intervaller mellan bloggandet då.

År 2030, ungefär, kommer det rymdbaserade LISA-observatoriet att vara i drift. Tre satelliter med avstånd mellan sig på några miljoner km kommer att leta efter gravitationsvågor med en helt annan känslighet än LIGO. LISA kommer att kunna lyssna till kollisioner mellan supermassiva svarta hål och kommer att kunna förvarna om kollisioner av mindre svarta hål tio år i förväg.

Mer om de kolliderande svarta hålen finns här och via länkar bakåt.

Svarta hål kan möjligen vara det mest spännande foskningsområdet inom den fundamentala fysiken framöver. Man är helt enkelt inte riktigt säker på om allt det man trott sig veta egentligen stämmer. Kan det vara så att helt ny fysik blir betydelsefull i närheten av ett svart hål och till och med leder till effekter som man kan observera? Kan det vara så att det inte alls ser ut som i filmen Interstellar?

Jag har en idé om hur det skulle kunna se ut, men mer om detta i en kommande blogg. Det är både vackert och skrämmande på samma gång. Håll utkik.

P.S: Är just nu på en fysikkonferens i Toscana som arrangör – vilket passade bra i tid med tanke på LIGO. Nu för tiden är det vanligt att allt som sägs och görs på en konferens skall filmas och läggas ut på nätet. Här är allt tvärtom ganska hemlighetsfullt, med tanken att man skall kunna spekulera fritt utan att bli utskämd. Hade hur som helst A room with a view:

Inlägget Nu har det smällt igen dök först upp på Ulf Danielsson.

Svarta hål är de mest extrema maskiner som tänkas kan. Bokstavligen. Genom att pressa den allmänna relativiteten till sin allra yttersta gräns kan det i omgivningen av svarta hål miljoner eller miljarder gånger tyngre än solen i galaxernas centra skapas strålning intensivare än någon annanstans i hela universum. I områden mindre än vårt solsystem kan det stråla många gånger kraftigare än hela galaxer av vanligt slag. Jag har själv sett ett av monstren en gång. Kvasaren 3C273 i Jungfruns stjärnbild. Nätt och jämnt synlig som en ljussvag stjärna med en 6 tums reflektor men detta över ett avstånd på mer än 2 miljarder ljusår.

Ett sådant svart hål omges av intensiva jetstrålar och.en lysande skiva av virvlande plasma. En bit ovanför det svarta hålet och skivan svävar koronan. En flera miljarder grader het struktur av magnetfält och elektroner i snabb  rörelse som ger ifrån sig kraftig röntgenstrålning som i sin tur belyser skivar. När ett svart hål plötsligt blixtrar till för att lysa särskilt starkt är det koronan som efter att ha dragit sig tillbaka mot det svarta hålet tar ett plötsligt skutt uppåt. Som en katt som kurar ihop sig och gör ett utfall. Ungefär så här ser det ut:

Fast egentligen inte. Bara om man bortser från hur den krökta rumtiden förvrider bilden till oigenkännlighet och gör att inget skyms av det svarta hålet. Alla delar av skivan syns på samma gång. Kolla Interstellar!

Men var kommer energin egentligen ifrån? Hur kan strålningen vara så stark? Det roterande svarta hålet omges av ergosfären som är belägen utanför horisonten och det är därför möjligt att resa in i ergosfären och ta sig ut igen. Bara man aktar sig för horisonten. Det som gör ergosfären speciell är att man innanför den omöjligt kan stå emot hur det roterande svarta hålet får själva rummet att röra sig i en virvel. Inte ens en ljusstråle rör sig tillräckligt snabbt för att kunna ta sig uppströms i virveln.

Om det görs på rätt sätt kan materia som faller in i ergosfären klyvas i en bit som trillar in i det svarta hålet och en som kommer ut med en förhöjd fart. Energin tas från det svarta hålet som istället roterar lite långsammare. I praktiken är det elektriska och magnetiska fält som är ansvariga och transporterar upp energin till koronan. Typ så. Riktigt säker på hur det går till är man väl inte.

Det riktigt spännande är att alltmer av detta kommer att bli möjligt att se. Listiga mätmetoder och nya teleskop gör att vi snart kommer att ha äkta bilder av hur det ser ut. På riktigt. Som i Interstellar.

Men kanske gravitationsvågorna är det allra mest fantastiska. Genom dem kan vi inte bara se de svarta hålen – vi kan komma i direkt fysisk kontakt med deras krökta rumtid. Med hjälp av bland annat de animationer som låg bakom Interstellar – fast mycket mer avancerade och häpnadsväckande – visade Thorne vad som egentligen händer när svarta hål kolliderar. Man kan se hur de svarta hålen dras ut till två avlånga svarta droppar som sträcker sig mot varandra och förenas när deras spetsar möts till en stor vibrerande droppe. Men vad som är än märkligare är att simuleringarna visar hur det handlar om inte ett par utan två par av spetsar som möts. Och hur det för ett kort ögonblick bildas en liten munk med ett hål i! En tunnel kanske något hundratal meter tvärsöver som man skulle kunna dyka igenom. Om man är snabb. Hur konstigt får universum egentligen vara? Jag slutar aldrig att förundras.

Det kommer att handla mycket om svarta hål framöver i den fundamentala fysiken. Det är passande att de utgör scenen för de allra mest dramatiska händelserna i vårt universum samtidigt som det är just där, på horisonten vid randen mot det svarta som den allra största av alla gåtor finns. Vad gömmer sig på andra sidan och hur hänger kvantmekaniken och gravitationen egentligen ihop?

Igår delades Crafoordpriserna ut och på kvällen middag på Grand Hotel med Kungen. Hade själv en inte pjåkig bordsplacering mellan Kip Thorne och Gerard t´Hooft (Nobelpris 1999). Beroende på vilket håll jag vände mig åt olika omtumlande perspektiv på de svarta hålen och vart de möjligen leder.

Nog dags att se Interstellar ytterligare en gång.

Inlägget ”Welcome to this year’s Crackpot symposium!” dök först upp på Ulf Danielsson.

Vad var det då som var så viktigt med upptäckten? Här en sjupunktslista:

1. Gravitationsvågor upptäckta

Man har tidigare aldrig direkt sett gravitationsvågor. Man har bara kunnat observera hur vissa dubbelneutronstjärnesystem tappar energi precis motsvarande att de sänder ut gravitationsvågor. I och för sig är det precis vad man kunnat vänta sig men det är ändå viktigt att få det helt bekräftat.

2. Svarta hål upptäckta

Visst har man varit säkra på att svarta hål existerar. Men det har alltid handlat om hur materia nära de svarta hålen påverkas och inte att man kommit de svarta hålen riktigt in på liven. Med gravitationsstrålningen förhåller det sig annorlunda. Den kommer direkt från de svarta hålen och det handlar om ”hands on”. Ingen kan längre tveka om att svarta hål finns!

3. Precisionstester av den allmänna relativitetsteorin

Man har aldrig tidigare haft ett verktyg att testa den allmänna relativitetsteorin under så extrema betingelser. Det faktum att den fortfarande håller är kanske inte oväntat men ändå fullständigt fantastiskt. Kommer den att klara fortsatt granskning? Detta kopplar an till…

4. Ny fysik

De svarta hålens informationsparadox (Hawking ni vet) har föranlett många olika försök att få ihop kvantmekaniken med gravitationsteorin. Några av dessa, och det handlar inte om några särskilt långsökta eller tokiga förslag, förutsäger att det tillkommer nya effekter ut till avstånd dubbla radien av det svarta hålet. Just på ett sådant sätt att det skulle kunna vara möjligt att se med hjälp av observationer av gravitationsstrålning. Kanske.

En annan intressant sak vore kosmiska strängar som kan sträcka sig från en sida av universum till en annan. Möjligen som kvarglömda rester sedan Big Bang. De kosmiska strängarna kan hitta på en hel del saker som att krocka med varandra och bilda loopar som drar ihop sig och försvinner. Allt detta kan ge upphov till gravitationsstrålning.

5. Mäta universums expansion

Det finns en sådan märklig renhet i mätresultaten. Det är lite som teoretisk fysik på riktigt. Inte bara kan man entydigt läsa av de svarta hålens egenskaper man kan också utan att ens veta från vilken riktning strålningen kommer oberoende uppskatta både avstånd och rödskift. Det vill säga man får möjlighet att mäta universums expansion vid den tid då strålningen skickades ut. Detta utan de felkällor som är behäftade med att använda tex supernovor som avståndsindikatorer. På så sätt kan detta vara viktigt också för kosmologin och utforskandet av den mörka energin.

6. Ny typ av teleskop

Ett helt nytt sätt att se på universum! Nästan allt har tidigare handlat om fotoner – från radio till gammastrålning. Detta är något helt annat. Vad kommer man att hitta?

7. Teknologiska tillämpningar

Inlägget 7 skäl till varför upptäckten av gravitationsvågor är så viktig dök först upp på Ulf Danielsson.

Ryktena talade sanning. Det var den 14 september klockan nio minuter i 12 på dagen som det hände. Någon som kände att det kittlade till i magen? Vad gjorde du just då? På ett avstånd av 1.3 miljarder ljusår kolliderade två svarta hål med massor 30 gånger solens med varandra och fick rumtiden att vibrera i hela universum. Ungefär så här såg det ut strax innan det hände:

Och man kunde dessutom på riktigt höra hur det låter om man översätter vågorna till ljud. Ett litet ”plupp” precis som i simuleringarna:

Effekten i den explosion som fick det att säga plupp var femtio gånger större än hos alla stjärnor tillsammans i hela det synliga universum under den bråkdel av en sekund som det pågick.

Läs mer hos LIGO. Läs också Århundradets upptäckt. Mer om gravitationsvågor kommer på bloggen framöver! Detta är bland de största vetenskapliga upptäckterna någonsin.

Inlägget Ladies and gentlemen, we have detected gravitational waves! We did it! dök först upp på Ulf Danielsson.

Ryktena har cirkulerat i månader och om läckt epost stämmer kommer LIGO att på torsdag tillkännage det som alla hoppats på. Man har för första gången observerat gravitationsvågor.

Det handlar om två svarta hål, vardera med en massa omkring 30 gånger solens i omloppsbana runt varandra. Deras rörelse har fått rumtiden att skvalpa och allteftersom de tappar energi har banan tätnat för att till slut i ett av universums allra mest brutala och vrålande inferno låta dem krocka med varandra och smälta samman till ett enda stort svart hål. Det är denna avslutande urladdning som LIGO har kunnat observera. De svarta hålen hade innan kollisionen radier runt 100 km och deras sista bana innan det stora ögonblicket en omkrets på bortåt 1000 km. Med hastigheter runt ljusets hann de svarta hålen röra sig flera hundra varv runt varandra på en enda sekund och gravitationsvågorna hade därför frekvenser på några hundra Hertz. Översatta till ljud fullt hörbart för en människa! Ungefär så här borde dödsvrålet från de svarta hålen låta.

I nästa vecka kanske vi kan få höra på riktigt.

Bild från LIGO.

Försök föreställa dig hur det skulle se ut. Två svarta klot några tiotals mil tvärsöver som virvlar runt med nära ljusfarten och slutligen kolliderar för att bilda ett stort vibrerande svart klot som sedan snabbt kommer till vila. Med ljusfarten skickas vågor ut som får rumtiden att skälva ända hemma vid oss, kanske hundra miljoner ljusår bort. Rumtiden är stel och det skall mycket till om man vill få den att ruska. Men med hela tre solmassor som tappas bort på vägen och på en bråkdel av en sekund omvandlas till ren energi har man goda förutsättningar.

Nästa vecka på torsdag får vi veta om ryktet talar sanning.

Läs också i tidigare blogginlägg.

Inlägget Århundradets upptäckt: gravitationsvågor från kolliderande svarta hål dök först upp på Ulf Danielsson.

Men en halvmeter mellan massorna är förstås ingenting. eLISA kommer att bestå av tre rymdsonder separerade med någon miljon kilometer som flyger i formation i bana runt solen och låter laserstrålar passera mellan rymdsonderna påverkade av krusningar i rumtiden. Det är ett helt europeiskt projekt sedan USA fått slut på pengar och dragit sig ur. Det är inga lätta saker och det kommer att dröja 20 år innan eLISA är igång.

Men riktigt så länge kommer vi nog inte att behöva vänta innan man hittar något nytt och spännande. Redan inom några år kan de första upptäckterna komma med hjälp av andra typer av experiment.

Det mest välkända är LIGO i USA som med hjälp av två kilometerlånga armar letar efter gravitationsvågor där vågorna svänger några hundra gånger per sekund. Det finns två anläggningar, en i Livingston, Louisiana och en i Hanford, Washington. Man letar efter neutronstjärnor och svarta hål som närmar sig i spiral och krockar med varandra. Man menar att den nya och alldeles precis uppdaterade aLIGO bara måste hitta något. Håll koll på det här, det kan vara nästa stora upptäckt inom fysiken!

En helt annan metod, PTA (Pulsar Timing Array), använder sig av neutronstjärnor som klockor. Med radioteleskop håller man koll på de pålitligt roterande stjärnorna och försöker avgöra om klockor på olika delar av himlen kommer ur fas med varandra. Det kan vara tecken på en gravitationsvåg på genomresa. Man är mest känslig för extremt långsamma vågor med perioder på storleksordningen år och hittar man något kan det handla om jättelika svarta hål i omloppsbana runt varandra som skapar smekande dyningar genom rumtiden.

När det är dags för eLISA om 20 år kommer man att vara känslig för perioder på sekunder eller timmar. Man kommer att kunna mäta gravitationsvågor från tusentals par av vita dvärgstjärnor i täta omloppsbanor över hela Vintergatan — stjärnsystem där man ibland med vanliga teleskop kan avgöra hur stjärnorna rör sig runt varandra och sedan jämföra med gravitationsstrålningen man hittar. Det handlar om en helt ny typ av astronomi som kan vara lika revolutionerande som Galileis teleskop och gravitationsstrålning blir en del av den astronomiska vardagen.

LISA Pathfinder kommer inte att skapa några rubriker men 125 årsjubileet av allmänna relativitetsteorin kan nog bli något alldeles extra. Gör en notering i kalendern och medan du väntar roa dig med de här intressanta filmerna om LIGO och eLISA.

P.S. Lustigt nog trodde inte Einstein från början att gravitationsvågor kunde finnas. Läs mer i Einsteins blundrar.

P.P.S. Är du i Uppsala och vill fortsätta fira finns det möjlighet fredag den 11 december.

Inlägget 125 år med allmän relativitetsteori? Förfesten har börjat. dök först upp på Ulf Danielsson.