gravitationsvågor

A long time ago in a galaxy far away

Ulf Danielsson Universum , , , ,

I en galax långt, långt borta – för att vara exakt NGC 4993 i Hydrans stjärnbild– flammade en stjärna upp den 17 augusti. Ännu en av alla de gåtfulla gammastrålningsexplosioner som inträffar lite varstans på himlen lite då och då. Denna gång inte bara synlig i gammaområdet med satelliten Fermi, utan också i röntgen med satelliten Chandra och i synligt ljus som i bilden nedan tagen av Hubbleteleskopet.

On 17 August 2017, the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the Virgo Interferometer both detected gravitational waves from the collision between two neutron stars. Within 12 hours observatories had identified the source of the event within the lenticular galaxy NGC 4993, shown in this image gathered with the NASA/ESA Hubble Space Telescope. The associated stellar flare, a kilonova, is clearly visible in the Hubble observations. This is the first time the optical counterpart of a gravitational wave event was observed. Hubble observed the kilonova gradually fading over the course of six days, as shown in these observations taken in between 22 and 28 August (insets).

Nu vet vi säkert vad det handlar om. Precis samtidigt som det lyste till i galaxen skakade det till i den i år Nobelprisbelönade gravitationsvågsdetektorn LIGO. Läs mer här. En skälvning i rumtiden passerade jorden efter att ha rest den 130 miljoner år långa vågen från NGC 4993 till jorden lika snabbt som ljuset.

Ironiskt nog såg inte det europeiska Virgoinstrumentet någonting — fast att det borde. Detta innebar att källan måste ligga i en av Virgos blinda fläckar vilket gjorde det möjligt att få en noggrann positionsbestämning. Helt i överenstämmelse med var man sett stjärnan tändas.

Formen på vågen ställde det utom allt tvivel att det handlade om två kolliderade neutronstjärnor. Tidigare har LIGO tillkännagivit upptäckten av kolliderande svart hål, men nu var det alltså neutronstjärnor som spelade huvudrollen. Neutronstjärnor är rester av stora tunga stjärnor vars inre kollapsat samtidigt som stjärnan i övrigt sprängts i bitar som en supernova.

Ryktena om händelsen gick igång direkt efter den 17 augusti. På nätet rapporterade bloggar om att alla de stora teleskopen spanade mot samma ställe på himlen. Varför? Det måste vara något stort på gång. Men så lades locket på. Inte ett knyst förrän allt var säkerställt. Jag var själv på konferens i Polen i början av september när ryktena redan varit på gång under en tid. En representant för OGLE (ett projekt som bevakar himlen) visade oförhappandes en bild av den uppflammande stjärnan. De var inte bundna av några tystnadsavtal och såg inget skäl att inte visa vad de hade.

Först vid dagens presskonferens kunde resultaten äntligen släppas. Och jag måste säga att detta slår det mesta jag har varit med om. För egen del är förvisso de svarta hålen det som känns som det allra mest intressanta – där lever hoppet om att finna ny fundamental fysik. Men de kolliderande neutronstjärnorna är på sitt sätt än mer spektakulära. Samtidigt som LIGO uppfattar de obegripligt små skälvningarna i rumtiden tänds en stjärna på himlen. Vilket  fantastiskt märkligt universum!

Mer information hos LIGO.

 

Årets Nobelpris i fysik – för dig som kan jonglera

Ulf Danielsson Universum , ,

Kan du jonglera? Då är årets Nobelpris i fysik något för dig. Du behöver två svarta bollar. Om du inte hittar några av rätt färg kan du som jag använda en svart, permanent, märkpenna. (Var försiktig så du inte kladdar ner dig.) Låt sedan bollarna rotera runt varandra i luften i allt snävare banor. Om du vill briljera kan du i samma ögonblick som du fångar bollarna gömma dem bakom ryggen och trolla fram en lite större svart boll. Se där! En elegant illustration av hur två svarta hål kolliderar med varandra och smälter samman till ett större!

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.

Den fjärde smällen!

Ulf Danielsson Universum , , ,

Ett, två, tre många – så varför denna uppståndelse? Skälet är att den europeiska Virgodetektorn utanför Pisa i Italien äntligen är igång och att en gravitationsvåg för första gången setts passera genom Toscana. Den 14 augusti – bara två veckor efter att Virgo startade —  uppfattade LIGOs två detektorer i USA tillsammans med Virgo händelsen GW170814. Ett chirp, eller kvitter, uppfångades i stereo av de tre detektorerna. Lite svårare för den mindre känsliga Virgo att skilja ut ur bruset…

… men visst syns den! Eller hörs om man skulle omvandla det till ljud.

Ett svart hål med massan 30 gånger solen och ett med 25 solmassor smälte samman till ett enda med massan 53 solmassor. Två solar förlorades alltså på kuppen. Ungefär som i tidigare fall…

Med tre detektorer är det möjligt att få en betydligt bättre riktningskäsnlighet och det går också att bättre bestämma resten av parametrarna. Att med precision testa om teorierna för svarta hål håller kommer att bli intressant.

Men nu är LIGO avstängd för en uppgradering. 2019 är den igång igen och vi får se vad man hittar då. Fast riktigt slut på överraskningar är det nog inte. Många rykten har varit i svang och fler resultat är att vänta från LIGO och Virgo. Håll utkik!

Mer på bloggen här, här och länkar bakåt.

Nu har det smällt igen

Ulf Danielsson Universum , ,

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: