Örstutt flautustef úr tónverki svarthola

Vísindamaður hlúir að LIGO-mælitækinu sem nam þyngdarbylgjur í fyrsta skipti ...
Vísindamaður hlúir að LIGO-mælitækinu sem nam þyngdarbylgjur í fyrsta skipti í september í fyrra. AFP

Ný tækni til að nema þyngdarbylgjur gerir mönnum kleift að leggja við hlustir og líta til himins til að leita að gríðarlegum hamförum sem verða við samruna tveggja svarthola, að sögn Jóns Emils Guðmundssonar stjarneðlisfræðings. Þyngdarbylgjurnar séu eins og örstutt flautustef úr löngu tónverki.

Það er ekki heiglum hent fyrir leikmenn að átta sig á uppgötvun stjarneðlisfræðinga úr LIGO-rannsóknahópnum á svonefndum þyngdarbylgjum sem tilkynnt var um í síðustu viku. Þær eru ekki merki um hreyfingar efnis í alheiminum heldur nokkurs konar gárur í sjálfu rúminu sem við mannfólkið og allt annað efni hrærumst í.

Samkvæmt afstæðiskenningu Alberts Einstein geta meiriháttar árekstrar tveggja fyrirbæra með ógnarsterk þyngdarsvið, eins og til dæmis svarthola eða nifteindastjarna, myndað nógu sterkar þyngdarbylgjur sem ganga um rúmið til þess að hægt sé að nema þær með mælum eins og LIGO notaði hér á jörðunni. Mælingar á þessum gárum bætast í hóp þeirra athugana sem styðja þessarar tímamótakenningar eðlisfræðingsins.

Jón Emil segir að uppgötvun þyngdarbylgnanna marki tímamót í stjarneðlisfræði og hún opni nýjan glugga inn í alheiminn. Þær veita mönnum nýja leið til að leita að stjarnfræðilegum atburðum á næturhimninum. 

„Við höfum ákveðna hugmynd um hvað við munum sjá en við erum alveg tilbúin að láta koma okkur á óvart. Það er alveg eins líklegt að við eigum eftir að uppgötva eitthvað sem við bjuggumst ekki við. Nú reynir á fjölmargar hugmyndir um eðli þessara stórkostlegu atburða,“ segir hann.

Jóni Emil Guðmundsson, stjarneðlisfræðingur.
Jóni Emil Guðmundsson, stjarneðlisfræðingur. ljósmynd/Jón Emil Guðmundsson

Geta beint sjónaukum að uppsprettu bylgnanna

Það sem menn búast við að sjá eru árekstrar svarthola og nifteindastjarna. Jón Emil segir að sér finnist best að líkja þyngdarbylgjum við hljóðbylgjur. Þyngdarbylgjurnar sem vísindamennirnir við LIGO fundu í september í fyrra hafi í raun verið örstutt flautustef í löngu tónverki. Þetta stef virðist jafnframt vera í fullkomnu samræmi við spár almennu afstæðiskenningarinnar um samruna tveggja svarthola. Búast megi við að fjöldi slíkra stefja muni óma í „eyrum“ vísindamanna í framtíðinni.

Við stjarnfræðilegar hamfarir af þessu tagi myndast einnig ljós á ýmsum bylgjulengdum, til dæmis í formi gammageisla. Jón Emil telur að mælingar á þyngdarbylgjum muni leiða til þess að menn finni fleiri orkuríka geisla af þessu tagi.

„Nú getum við lagt við hlustir og litið til himins þegar tónar þessara afdrifaríku atburða bergmála í nemum okkar,“ segir Jón Emil.

Tvær alls ólíkar tilraunir

SPIDER-tilraunin sem Jón Emil hefur unnið að undanfarin ár ásamt félögum sínum við Princeton-háskóla er nú vel á veg komin, en tilgangur hennar er að rannsaka örbylgjukliðinn, bakgrunnsgeislunina frá Miklahvelli, og leita að óbeinum merkjum um þyngdarbylgjur.

Eftir að samnefndur sjónauki lenti á Suðurskautslandinu eftir að hafa gert athuganir í upphafi síðasta árs hafa vísindamennirnir farið yfir gögnin sem hann safnaði. Jón Emil segir að vinnan gangi vel en enn séu einhverjir mánuðir í að fyrstu niðurstöður verði birtar.

„Við erum bjartsýn. Gögnin líta virkilega vel út,“ segir hann.

Jón Emil leggur áherslu á að grundvallarmunur sé á SPIDER-tilrauninni og athugunum LIGO. Síðarnefnda tilraunin nemi þyngdarbylgjur í sinni tærustu mynd. SPIDER-sjónaukinn leitar ekki að þyngdarbylgjum með beinum hætti heldur nemur hann ljós frá frumbernsku alheimsins. Tilraunirnar tvær beinist enn fremur að mismunandi tímabilum í sögu alheimsins.

Þannig segir Jón Emil að uppgötvunin í síðustu viku hafi ekki bein áhrif á störf SPIDER-hópsins. Hún renni aðeins styrkari stoðum undir þessa lykilkenningu eðlisfræðinnar sem unnið er út frá.

„Við erum að horfa á ákveðna hegðun í skautun þessa ljóss. Ef þú treystir almennu afstæðiskenningunni og hugmyndum okkar um hegðun alheimsins getur þú fært rök fyrir því að þetta ljós sem við sjáum sé afleiðing þyngdarbylgna,“ segir Jón Emil.

Fyrsta kort SPIDER-teymisins af örbylgjukliðnum. Það sýnir agnarsmáar hitastigsbreytingar í ...
Fyrsta kort SPIDER-teymisins af örbylgjukliðnum. Það sýnir agnarsmáar hitastigsbreytingar í þessu elsta ljósi alheimsins. mynd/SPIDER

Nákvæmni upp á brotabrot úr prósenti

Eins og stendur eru þrjú tæki í heiminum sem reyna að nema þyngdarbylgjur með beinum hætti; tvö í Bandaríkjunum og eitt á Ítalíu. Jón Emil segir að verið sé að fjölga þessum nemum, en þannig verði mælingar manna á bylgjunum skarpari. Hann heldur áfram með líkinguna við hljóðbylgjur.

„Ef þú staðsetur einn hljóðnema í tónleikasal og hlustar á upptöku af tónleikum geturðu lítið sagt um uppruna hljóðsins. Hins vegar ef tveir hljóðnemar eru notaðir geturðu sagt úr hvaða átt hljóðin koma. Fiðlurnar eru vinstra megin við sellóin. Með því að dreifa nemum um jörðina aukum við staðsetningargetu tilraunanna,“ segir Jón Emil. 

Erfitt er að gera sér í hugarlund hversu nákvæmar mælingarnar á þyngdarbylgjunum eru. Mælitækin geta mælt hlutfallslega lengdarbreytingu upp á tíu í mínus 21 veldi, það er að segja upp á 0,000000000000000000001. Ekki er vanþörf á slíkri nákvæmni, því að orkan frá bylgjunum, sem voru 1,3 milljarða ára á leiðinni til jarðar, hreyfði búnað LIGO-rannsóknastöðvarinnar um 1/​1.000 hluta af breidd róteindar.

Þegar mönnum tekst að staðsetja uppruna þyngdarbylgnanna betur geta þeir svo farið að beina sjónaukum sínum í þá átt sem „stefin“ heyrast.

„Nú getum við framkvæmt tvær óháðar mælingar á sama fyrirbærinu. Horft og hlustað á sama tíma. Það er eins og talmyndirnar séu komnar í bíó,“ segir Jón Emil.

Fyrri fréttir mbl.is:

Opnar heim þyngdarbylgja

Uppgötvunin „magnað afrek“

Myndar fyrsta ljós alheimsins

Grein á Stjörnufræðivefnum um þyngdarbylgjur

mbl.is
PÚSTKERFI Á HAGSTÆÐU VERÐI
Eigum fyrirlyggjandi PÚSTKERFI í flestar tegundir bifreiða. Einnig STÝRISLIÐI ...
Þreyttur á reykinga- myglulykt, lausn ?
Eyðir flest allri ólykt, m.a. Myglu-gró ásamt og raka- reykinga- og brunalykt. ...
HÚSAVIÐHALD
Viðgerðir og viðhald fasteigna er okkar fag. Húsaklæðning ehf. hefur í áratugi ...
 
Eldri borgarar
Staður og stund
Aflagrandi 40 Opin vinnustofa kl. 9 og g...
Félagsstarf
Staður og stund
Aflagrandi 40 Opin vinnustofa kl. 9, for...
Eldri borgarar
Staður og stund
Aflagrandi 40 Opin vinnustofa kl. 9 og j...
Samkoma
Félagsstarf
Samkoma kl. 20 í Kristniboðs- salnum. R...