11. februar 2016 kunngjorde forskere ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) den første deteksjonen av gravitasjonsbølger. Denne utviklingen, som bekreftet en spådom laget av Einsteins teori om generell relativitet for hundre år siden, har åpnet nye muligheter for forskning for kosmologer og astrofysikere. Siden den tid har det blitt gjort flere deteksjoner, som alle ble sagt å være et resultat av sorte hull som fusjonerte.
Den siste deteksjonen fant sted 14. august 2017, da tre observatorier - Advanced LIGO og Advanced Virgo-detektorene - samtidig oppdaget gravitasjonsbølgene som ble opprettet ved sammenslåing av sorte hull. Dette var første gang gravitasjonsbølger ble oppdaget av tre forskjellige fasiliteter fra hele verden, og innledet dermed en ny epoke med globalt nettverksforskning i dette kosmiske fenomenet.
Studien som detaljerte disse observasjonene ble nylig publisert på nettet av LIGO Scientific Collaboration og Virgo Collaboration. Med tittelen “GW170814: En tredetektorobservasjon av gravitasjonsbølger fra en binær svart hulkoalesens”, har denne studien også blitt akseptert for publisering i det vitenskapelige tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrev.
Arrangementet, betegnet som GW170814, ble observert kl. 10:30:43 UTC (06:30:43 EDT; 03:30:43 PDT) 14. august 2017. Hendelsen ble oppdaget av National Science Foundations to LIGO detektorer (lokalisert i Livingston, Louisiana og Hanford, Washington) og jomfruedetektoren som ligger i nærheten av Pisa, Italia - som er vedlikeholdt av National Center for Scientific Research (CNRS) og National Institute for Nuclear Physics (INFN).
Selv om ikke den første forekomsten av gravitasjonsbølger ble oppdaget, var dette første gang en hendelse ble oppdaget av tre observatorier samtidig. Som Frankrike Córdova, direktøren for NSF, sa i en fersk pressemelding fra LIGO:
For litt mer enn et og et halvt år siden kunngjorde NSF at dets laserinterferometer-gravitasjonsbølgebe observatorium hadde gjort den første oppdagelsen av gravitasjonsbølger, noe som resulterte fra kollisjonen av to sorte hull i en galakse en milliard lysår unna. I dag er vi glade for å kunngjøre den første oppdagelsen som ble gjort i partnerskap mellom Virgo gravitasjonsbølgeobservatorium og LIGO Scientific Collaboration, første gang en gravitasjonsbølgedeteksjon ble observert av disse observatoriene, som ligger tusenvis av kilometer fra hverandre. Dette er en spennende milepæl i den økende internasjonale vitenskapelige innsatsen for å låse opp de ekstraordinære mysteriene i vårt univers. ”
Basert på de påviste bølgene, var LIGO Scientific Collaboration (LSC) og Virgo-samarbeidet i stand til å bestemme type hendelse, så vel som massen av gjenstandene som var involvert. I følge deres studie ble hendelsen utløst av sammenslåing av to sorte hull - som var henholdsvis 31 og 25 solmasser. Arrangementet fant sted cirka 1,8 milliarder lysår fra Jorden, og resulterte i dannelsen av et snurrende svart hull med omtrent 53 solmasser.
Hva dette betyr er at omtrent tre solmasser ble konvertert til gravitasjonsbølgeenergi under fusjonen, som deretter ble oppdaget av LIGO og Jomfruen. Selv om det er imponerende på egen hånd, er denne siste deteksjonen bare en smak av hva gravitasjonsbølgedetektorer som LIGO og Virgo-samarbeidet kan gjøre nå de har kommet i sine avanserte stadier og inn i samarbeid med hverandre.
Både Advanced LIGO og Advanced Virgo er andre generasjons gravitasjonsbølgedetektorer som har overtatt fra tidligere. LIGO-anleggene, som ble unnfanget, bygget og driftet av Caltech og MIT, samlet data uten hell fra 2002 til 2010. Fra september 2015 gikk Advanced LIGO online og begynte å gjennomføre to observasjonsløp - O1 og O2.
I mellomtiden gjennomførte den originale jomfruedetektoren observasjoner mellom 2003 og oktober 2011, nok en gang uten å lykkes. I februar 2017 begynte integreringen av Advanced Virgo-detektoren, og instrumentene gikk på nettet i april etter. I 2007 gikk Virgo og LIGO sammen for å dele og analysere dataene som ble registrert av deres respektive detektorer.
I august 2017 sluttet Virgo-detektoren seg til O2-kjøringen, og den første samtidige deteksjonen noensinne fant sted 14. august, hvor data ble samlet inn av alle tre LIGO- og Virgo-instrumentene. Som LSC-talsperson David Shoemaker - en forsker ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) - antydet, er denne oppdagelsen bare den første av mange forventede hendelser.
"Dette er bare begynnelsen på observasjoner med nettverket aktivert av Jomfruen og LIGO som jobber sammen," sa han. "Med neste observasjonsløp planlagt høsten 2018, kan vi forvente slike oppdagelser ukentlig eller enda oftere."
Ikke bare vil dette bety at forskere har et bedre skudd med å oppdage fremtidige hendelser, men de vil også kunne kartlegge dem med langt større nøyaktighet. Faktisk forventes overgangen fra et to- til tre-detektornettverk å øke sannsynligheten for å finne kilden til GW170814 med en fabrikk på 20. Himmelregionen for GW170814 er bare 60 kvadrat grader - mer enn 10 ganger mindre enn med data fra LIGOs interferometre alene.
I tillegg har nøyaktigheten som avstanden til kilden måles også hatt godt av dette partnerskapet. Som Laura Cadonati, en professor i Georgia Tech og nestleder talsperson for LSC, forklarte:
“Denne økte presisjonen gjør at hele det astrofysiske samfunnet til slutt kan gjøre enda mer spennende funn, inkludert observasjoner av flere messenger. Et mindre søkeområde muliggjør oppfølgingsobservasjoner med teleskoper og satellitter for kosmiske hendelser som produserer gravitasjonsbølger og lysutslipp, for eksempel kollisjon av nøytronstjerner. "
Til slutt vil det å bringe flere detektorer inn i gravitasjonsbølgenettverket også gi mulighet for mer detaljerte tester av Einsteins teori om generell relativitet. Caltechs David H. Reitze, administrerende direktør for LIGO Laboratory, berømmet også det nye partnerskapet og hva det vil gi rom for.
"Med denne første fellesdeteksjonen av Advanced LIGO- og Virgo-detektorene, har vi tatt et skritt videre inn i gravitasjonsbølgekosmos," sa han. "Jomfruen bringer en kraftfull ny evne til å oppdage og bedre finne gravitasjonsbølgekilder, en som utvilsomt vil føre til spennende og uventede resultater i fremtiden."
Studiet av gravitasjonsbølger er et bevis på den økende evnen til verdens vitenskapsteam og vitenskapen om interferometri. I flere tiår var eksistensen av gravitasjonsbølger bare en teori; og ved århundreskiftet hadde ikke alle forsøk på å oppdage dem gitt noe. Men i løpet av de siste halvannet året har flere deteksjoner blitt gjort, og flere titalls forventes i løpet av de kommende årene.
Takket være det nye globale nettverket og de forbedrede instrumentene og metodene vil disse hendelsene garantert fortelle oss volumer om universet vårt og fysikken som styrer det.
