I februar 2016 gjorde forskere som jobbet ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historie da de kunngjorde den første deteksjonen av gravitasjonsbølger noensinne. Siden den gang har studiet av gravitasjonsbølger avansert betydelig og åpnet nye muligheter for studiet av universet og lovene som styrer det.
For eksempel viste et team fra University of Frankurt am Main nylig hvordan gravitasjonsbølger kan brukes til å bestemme hvor massive nøytronstjerner kan bli før de kollapser i sorte hull. Dette har forblitt et mysterium siden nøytronstjerner ble først oppdaget på 1960-tallet. Og med en øvre massegrense nå etablert, vil forskere kunne utvikle en bedre forståelse av hvordan materie oppfører seg under ekstreme forhold.
Studien som beskriver funnene deres nylig ble vist i det vitenskapelige tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters under tittelen “Bruke gravitasjonsbølgeobservasjoner og kvasi-universelle forhold for å begrense den maksimale masse av nøytronstjerner”. Studien ble ledet av Luciano Rezzolla, styreleder for teoretisk astrofysikk og direktør for Institutt for teoretisk fysikk ved Universitetet i Frankfurt, med assistanse gitt av studentene hans, Elias Most og Lukas Wei.
For studiens skyld vurderte teamet nylige observasjoner gjort av gravitasjonsbølgebegivenheten kjent som GW170817. Denne hendelsen, som fant sted 17. august 2017, var den sjette gravitasjonsbølgen som ble oppdaget av Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) og Virgo Observatory. I motsetning til tidligere hendelser, var denne unik ved at den så ut til å være forårsaket av kollisjon og eksplosjon av to nøytronstjerner.
Og mens andre hendelser skjedde i avstander på omtrent en milliard lysår, fant GW170817 bare 130 millioner lysår fra Jorden, noe som muliggjorde rask påvisning og forskning. Basert på modellering som ble utført måneder etter hendelsen (og ved bruk av data innhentet av Chandra røntgenobservatorium) så det ut til at kollisjonen hadde etterlatt seg et svart hull som rest.
Teamet tok også i bruk en "universal relations" -tilnærming for sin studie, som ble utviklet av forskere ved Frankfurt University for noen år siden. Denne tilnærmingen innebærer at alle nøytronstjerner har lignende egenskaper som kan uttrykkes i form av dimensjonsløse mengder. Kombinert med GW-dataene konkluderte de med at den maksimale massen av ikke-roterende nøytronstjerner ikke kan overstige 2,16 solmasser.
Som professor Rezzolla forklarte i en pressemelding fra et universitet i Frankfurt:
“Det fine med teoretisk forskning er at den kan komme med spådommer. Teori trenger imidlertid desperat eksperimenter for å begrense noen av usikkerhetene. Det er derfor ganske oppsiktsvekkende at observasjonen av en enkelt binær nøytronstjernesammenslåing som skjedde millioner av lysår unna kombinert med de universelle relasjonene som ble oppdaget gjennom vårt teoretiske arbeid, har gjort det mulig for oss å løse en gåte som har sett så mye spekulasjoner i fortiden. "
Denne studien er et godt eksempel på hvordan teoretisk og eksperimentell forskning kan sammenfalle for å produsere bedre modeller annonse prediksjoner. Noen dager etter publiseringen av studien, bekreftet forskningsgrupper fra USA og Japan uavhengig funnene. Like viktig bekreftet disse forskerteamene funnene ved bruk av forskjellige tilnærminger og teknikker.
I fremtiden forventes gravitasjonsbølge-astronomi å observere mange flere hendelser. Og med forbedrede metoder og mer nøyaktige modeller til disposisjon vil astronomer sannsynligvis lære enda mer om de mest mystiske og mektigste kreftene som er i arbeid i vårt univers.
