Siden tidernes morgen har vi studeret kosmos ved at betragte det lys som når ned til os fra stjerner, planeter, galakser. Med tiden har vi forfinet vores teknikker således at vi i dag ikke kun studerer kosmos med det synlige lys, som vores øjne kan se, men over hele det elektromagnetiske spektrum fra den langbølgede radiostråling til den kortbølgede og ekstremt energirige gammastråling. Ud over lyset har vi hidtil haft meget få andre måder at studere kosmos på (f.eks. neutrinoer og kosmisk stråling). Idag er der annonceret, at et nyt vindue har åbnet sig til kosmos: gravitationsbølger.

Hvad er gravitationsbølger?

Det lys vi ser med øjnene er et elektromagnetisk fænomen. Lys kommer groft sagt fra elektrisk ladede partiklers bevægelser (helt præcist fra deres accelerationer). Når elektronerne skifter fra én energitilstand til en anden inde i brintatomer, så udsendes der et lille lysglimt. Når elektroner og ioner i en varm gas bevæger sig rundt med stor fart (eller rettere accelerationer), så udsender gassen varmestråling.

Gravitationsbølger er et lignende fænomen, der kommer når tunge legemer (altså ting der vejer noget) accelereres. Normalt er dette signal yderst svagt, men i ekstreme tilfælde udsendes der et signal som faktisk kan måles. Der skal noget meget ekstremt til, før dette signal kan måles med de instrumenter, der findes idag – f.eks. dannelsen af sorte huller.

Dette signal måles ikke med kameraer som for lys, men med særligt følsomme såkaldte interferometre som kan måle ganske små forstyrrelser i rummets krumning. I et interferometer sendes laserstråler ud i to retninger vinkelret på hinanden og langt ude rammer strålerne så spejle, der sender lyset tilbage igen.

Ved at lade de to stråler interferere med hinanden (ligesom to vandbølger, der støder sammen), kan man måle små variationer i afstandene til de to spejle med en nøjagtighed, der er en meget lille brøkdel af lysets bølgelængde (faktisk omkring en tusindedel af protonens størrelse). Det mest følsommer inerferometer er i dag det såkaldte Advanced LIGO interferometer, hvor de to arme er omkring 4 km lange.

LIGO interferometeret: https://www.advancedligo.mit.edu

I dag er det annonceret, at Advanced LIGO, faktisk har målt et signal. Det er kæmpestort og markerer et kollosalt gennembrud for forskningen. Det målte signal skulle passe med det forventede signal fra sammenstødet af to sorte huller med masser på henholdsvis 36 og 29 solmasser. Signalet kom fra en afstand af ca. 1,3 milliarder lysår. De to sorte huller har kredset om og langsomt nærmet sig hinanden p.g.a. udsendelse af gravitationsbølger. Til sidst er de så stødt sammen i en gigantisk kosmisk kollision, og det er denne kollision, der har givet anledning til det signal, der nu er målt.

Denne videnskabelige revolution er vigtig er flere årsager. Først er det en bekræftelse af Einsteins relativitetsteori for tyngdefelter, der er langt mere intense end hidtil testet. Dernæst er det meget overraskende af astrofysiske grunde: Det er svært at forstå, hvordan så store sorte huller skulle blive dannet – specielt i et binært system.

Det bliver yderst interessant at følge, hvordan vi i det kommende måneder og år vil detektere flere af disse signaler og dermed opbygge et større og større statisktisk materiale omkring disse ekstreme kosmiske begivenheder. Endvidere går der nu en intens jagt igang efter elektromagnetiske signaler fra de samme begivenheder, der har udsendt gravitationsbølgerne. Danske forskere ved Niels Bohr Institutet er involveret i dette spændende forskningsfelt.