HIMLEN BLIR ALDRIG MER DENSAMMA – EN UPPTÄCKT SOM SKAKAR OM VÅR VÄRLDSBILD

I månader har rykten och spekulation kring upptäckten av gravitationsvågor cirkulerat i fysikkorridorerna på universitet världen över. På torsdagseftermiddagen svensk tid kom så slutligen glädjebeskedet på en presskonferens i Washington, D.C. LIGOs Verkställande direktör David Reitze utbrister: ”Mina damer och herrar, vi gjorde det, vi har upptäckt gravitationsvågor!”. Upptäckten är en stor triumf för de över 1000 forskarna som är involverade i LIGO-projektet och de som i årtionden arbetat med att få fram den precisionsteknik som varit nödvändig, men upptäckten skakar även om allas vår syn på Universum och inte minst de enorma skalor som vi får ta till för att ens försöka förstå. Dessutom ser vi nu för första gången ett direkt bevis för existensen av s.k. svarta hål, som bl.a. finns i mitten av vår egen galax Vintergatan.

Pressreleasen hölls torsdagen den 11 februari 2016, nästan exakt 100 år efter Einstein publicerade den första artikeln där han nämner just gravitationella vågor som en konsekvens av sin allmänna relativitetsteori, och nog kan man säga att det här är ytterligare en triumf för Einstein.

Upptäckten gjordes den 14 september 2015 och tros vara resultatet av en kraftfull kollision och efterföljande förening av två svart hål, vardera med en massa ca 30 gånger vår egen sols. Om vågorna färdas med ljusets hastighet, något som förutspåddes av Einstein, ägde kollisionen rum för svindlande 1,3 miljarder år sedan. Gravitationsvågorna som observerades med LIGO-instrumenten ser ni i bilden till vänster. Detta speciella mönster stämmer perfekt överens med modeller av just kolliderande svarta hål, både när det gäller frekvens och amplitud.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) är ett unikt experiment och består av två gigantiska detektorer: en i Hanford, Washington och en i Livingstone, Lousiana, separerade med ca 300 mil. De består av 4 km långa L-formade vakuumtuber i vilka s.k. interferometrar installerats. Dessa kan användas för att mäta extremt små förändringar i rumtidens krökning, genom att noga observera hur laserljus färdas. Det krävs alltså en 4 km lång linjal för att mäta något som är i storleksordningen 0.000000000000000001 m!

Kip Thorn var en av pionjärerna i utvecklingsarbetet som ledde till att LIGO kunde genomföras. Han var bl.a. vetenskaplig konsult under skapandet av storfilmen Interstellar som gick upp på biografer världen över 2014 och som vann en Oscar för ’Best Achievement in Visual Effects’., som vi pratar om  i Professor Magentas avsnitt som handlar om maskhål, Avsnitt 1 – Maskhål. Här förklarar vi även begrepp som rumtid och gravitation!

Något förvånande nämnde inte Kip Thorn under presskonferensen det nya fönster mot Universum som upptäcktes bara några år tidigare av forskare vid neutrino-teleskopet IceCube, nämligen upptäckten av neutriner från kosmiska källor i Universum med mycket höga energier, en upptäckt som belönades med Physics Worlds prestigefyllda pris ’Årets upptäckt inom fysik 2013’. Thorns misstag skapade något av en buzz i neutrino-världen och än har vi nog inte hört det sista i den frågan. Faktum är att världens två största neutrino-teleskop IceCube (Sydpolen) och ANTARES (medelhavet utanför Frankrikes kust) kontinuerligt arbetar med LIGO för att leta efter kopplingar mellan just gravitationsvågor och förekomsten av neutriner från samma objekt. En studie som publicerades samma dag som LIGOs presskonferens visade att inga händelser som kan kopplas till LIGOs upptäckt har observerats. Att kombinera resultatet från flera olika typer av instrument, något som kallas för ’multi-messenger astronomy’, har varit en mycket framgångsrik idé genom historien, och inom redan inom några år kan vi ha svaret på vad neutriner och gravitationsvågor har att säga om några av de mest ljusstarka objekten i Universum som tidigare bara observerats i det elektromagnetiska spektrat, d.v.s. genom optisk ljus, radiovågor, röntgenstrålning, etc. Läs här om en möjlig korrelation mellan gravitationsvågorna och en signal i gamma-rays från Fermi-teleskopet.

Som vid varje ny upptäckt inom fysiken följs också denna av en stor mängd frågor. Hur rör sig gravitationsvågor genom rymden? Vilka objekt sänder ut gravitationsvågor? Kan vi förvänta oss andra partiklar från samma källor? Kan kraften beskrivas på kvantnivå genom utbytet av en s.k. graviton-partikel? Redan nu vet vi att gravitationen inte har någon koppling till Higgs-partikeln även om vi slarvigt använder ordet ’massa’ i båda sammanhang. Läs mer om det här: Why the Higgs and gravity are unrelated. Sammanfattningsvis kan man säga att Einsteins gravitation har att göra med energi och rörelsemängd och inte direkt (explicit) massa. Gravitationen verkar ju också på objekt som inte fått sin massa från Higgs-fältet, t.e.x. fotoner (ljuspartiklar), neutroner och protoner. Under 2015 observerade forskare på CERN något de ännu inte kunnat förklara och som skulle kunna ha en koppling till graviationella vågor. De kunde inte utesluta att de sett en ny kraft-partikel med en massa som är ca 6 gånger större än den för Higgs-partikeln! Det kvarstår att se om det verkligen rör sig om en ny partikel eller en statistiskt fluktuation, men om vi ser samma sak även i ny data finns en möjlighet att denna nya kraft-partikel är relaterad till gravitationskraften, eller kanske något ännu mer mystiskt som mörk materia, etc.

Observationen av gravitationsvågorna gjordes den 14 september 2015 bara 4 dagar innan den ordinarie experimenttiden startade. Instrumenten var då fullt uppkopplade och funktionella men genomgick noggrann kontroll inför starten den 18 september 2015. LIGO själva uppger att detta inte påverkar resultatets tillförlitlighet. Mer spännande resultat från LIGO är alltså att vänta (från ordinarie mätningar) och ska man tro ryktena inom forskarvärlden har de observerat ytterligare 2 händelser: ett i december 2015 och ett i januari 2016. Förhoppningsvis har vi bara sett början.

Nu närmast väntar en noggrann genomgång av resultaten från forskare från hela världen och det kvarstår att se om upptäckten står sig i denna granskning. Men om den gör vågar vi oss på att förutspå ett Nobelpris inom kort, kanske redan 2016? Men för nu, ett stort grattis till LIGO och Einsten! Fantastiskt bra jobbat!