Gravitasjonsbølge ble direkte oppdaget for første gang i 2015 etter et århundre med sin prediksjon av Einsteins generelle relativitetsteori i 1916. Men den kontinuerlige, lave frekvensen Gravitasjons-bølgebakgrunn (GWB) som antas å være tilstede gjennom hele univers har ikke blitt oppdaget direkte så langt. Forskerne ved North American Nanohertz Observatory for Gravitasjonsbølger (NANOGrav) har nylig rapportert påvisning av et lavfrekvent signal som kan være 'Gravitasjonsbølgebakgrunn (GWB)'.
Generell relativitetsteori fremsatt av Einstein i 1916 forutsier at store kosmiske hendelser som supernova eller sammenslåing av svarte hull skal produsere gravitasjonsbølger som forplanter seg gjennom Universe. Jorden bør oversvømmes av gravitasjonsbølger fra alle retninger hele tiden, men disse blir uoppdaget fordi de blir ekstremt svake når de når jorden. Det tok omtrent et århundre å gjøre en direkte deteksjon av gravitasjonsbølger da LIGO-Virgo-teamet i 2015 lyktes med å oppdage gravitasjonsbølger produsert på grunn av sammenslåing av to svarte hull ligger i en avstand på 1.3 milliarder lysår fra jorden (1). Dette betydde også at de oppdagede krusningene var bærere av informasjon om den kosmiske hendelsen som fant sted for rundt 1.3 milliarder år siden.
Siden den første påvisningen i 2015 har en god del gravitasjonsbølger har blitt spilt inn til dags dato. De fleste av dem skyldtes sammenslåing av to svarte hull, få skyldtes kollisjon av to nøytronstjerner (2). Alle oppdaget gravitasjonsbølger så langt var episodiske, forårsaket på grunn av binært par svarte hull eller nøytronstjerner som spiraler og smelter sammen eller kolliderer med hverandre (3) og var av høyfrekvent, kort bølgelengde (i millisekunders rekkevidde).
Men siden det er mulighet for et stort antall kilder til gravitasjonsbølger i univers derav mange gravitasjonsbølger sammen fra hele verden univers kan kontinuerlig passere gjennom jorden hele tiden og danne bakgrunn eller støy. Dette skal være kontinuerlig, tilfeldig og av lavfrekvent liten bølge. Det er anslått at en del av den til og med kan ha sin opprinnelse fra Big Bang. Kalt Gravitasjons-bølgebakgrunn (GWB), dette har ikke blitt oppdaget så langt (3).
Men vi kan være på randen av et gjennombrudd – forskerne ved North American Nanohertz Observatory for Gravitasjonsbølger (NANOGrav) har rapportert påvisning av et lavfrekvent signal som kan være 'Gravitasjonsbølgebakgrunn (GWB) (4,5,6).
I motsetning til LIGO-virgo-teamet som oppdaget gravitasjonsbølge fra individuelle par av svarte hull, NANOGrav-teamet har sett etter vedvarende, støylignende, 'kombinert' gravitasjonsbølge skapt over svært lang tid av utallige svarte hull i univers. Fokuset var på "veldig lang bølgelengde" gravitasjonsbølge i den andre enden av 'gravitasjonsbølgespektrum'.
I motsetning til lys og andre elektromagnetiske strålinger, kan gravitasjonsbølgene ikke observeres direkte med et teleskop.
NANOGrav-laget valgte millisekund pulsarer (MSP) som roterer veldig raskt med langsiktig stabilitet. Det er et jevnt mønster av lys som kommer fra disse pulserne som bør endres av gravitasjonsbølgen. Ideen var å observere og overvåke et ensemble av ultrastabile millisekundpulsarer (MSP) for korrelerte endringer i tidspunktet for ankomsten av signalene til jorden og dermed skape en "Galaxygravitasjonsbølgedetektor i størrelse i vår egen galakse. Teamet opprettet en pulsar-timing-array ved å studere 47 slike pulsarer. Arecibo Observatory og Green Bank Telescope var radio teleskoper brukt til målingene.
Datasettet innhentet så langt inkluderer 47 MSPer og over 12.5 års observasjoner. Basert på dette er det ikke mulig å endelig bevise direkte deteksjon av GWB, selv om de detekterte lavfrekvente signalene meget tyder på det. Kanskje neste trinn ville være å inkludere flere pulsarer i matrisen og studere dem over lengre tid for å øke følsomheten.
Å studere univers, forskere var utelukkende avhengige av elektromagnetisk stråling som lys, røntgen, radio bølge etc. Siden det ikke er relatert til elektromagnetisk stråling, åpnet deteksjon av gravitasjon i 2015 et nytt mulighetsvindu for forskere til å studere himmellegemer og forstå univers spesielt de himmelske hendelsene som er usynlige for elektromagnetiske astronomer. Videre, i motsetning til elektromagnetisk stråling, samhandler ikke gravitasjonsbølger med materie og beveger seg derfor praktisk talt uhindret med informasjon om deres opprinnelse og kilde uten forvrengning.(3)
Deteksjon av gravitasjonsbølgebakgrunn (GWB) vil utvide muligheten ytterligere. Det kan til og med bli mulig å oppdage bølgene generert fra Big Bang som kan hjelpe oss å forstå opprinnelsen til univers på en bedre måte.
***
Referanser:
- Castelvecchi D. og Witze A.,2016. Einsteins gravitasjonsbølger ble endelig funnet. Naturnyheter 11. februar 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Hva 50 gravitasjonsbølgehendelser avslører om universet. Nature News publisert 30. oktober 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Kilder og typer gravitasjonsbølger. Tilgjengelig online på https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Tilgang 12. januar 2021.
- NANOGrav Collaboration, 2021. NANOGrav finner mulige "første hint" av lavfrekvent gravitasjonsbølgebakgrunn. Tilgjengelig online på http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Tilgang 12. januar 2021
- NANOGrav Collaboration 2021. Pressebriefing – Søker etter gravitasjonsbølgebakgrunnen i 12.5 år med NANOGrav Data. 11. januar 2021. Tilgjengelig på nett på http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. NANOGrav 12.5 års datasett: Søk etter en isotropisk stokastisk gravitasjonsbølgebakgrunn. The Astrophysical Journal Letters, bind 905, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
