Norge og gravitasjonsbølger

Einstein's Generelle Relativitetsteori fra 1915 forutsier eksistensen av gravitasjonsbølger. Når meget tunge og kompakte objekter, som for eksempel sorte hull og nøytronstjerner, kolliderer med hverandre, sendes det ut gravitasjonsbølger med en intensitet stor nok til at vi kan måle dem på ekstremt lang avstand.

Det var nettopp det som skjedde i 2015, akkurat 100 år etter Einsteins forutsigelse, da detektoren LIGO registrerte signalet fra to sorte hull som kolliderte og ble til ett sort hull, mer enn en milliard lysår unna. Senere er dusinvis av tilsvarende kollisjoner blitt observert.

Forskere ved Universitetet i Stavanger er del av LIGO/VIRGO samarbeidet, og er i tillegg sterkt involvert i utviklingen av den neste gravitasjonsbølgedetektoren LISA (Laser Interferometer Space Antenna).

De tre LISA-fartøyene vil fly i en triangulær formasjon for å oppdage gravitasjonsbølger. Illustrasjon: NASA.

Detektoren er godkjent som en av ESAs  "Large-class Mission" (L3), i samarbeid med NASA, og er planlagt skutt opp omkring 2037. Detektoren består av tre satellitter som skal følge jorda i kretsløp rundt sola. Satellittene plasseres i en trekant med avstand på 2.5 millioner km mellom hverandre, og når en gravitasjonsbølge beveger seg gjennom trekanten vil avstanden endres bittelitt. Interferensen mellom laserstråler, som forbinder de tre satellittene, vil da kunne måles og gravitasjonsbølgens egenskaper (frekvens, amplitude) kan da analyseres.

Forskjellige astrofysiske fenomener gir forskjellige gravitasjonsbølgesignaler, og forskerne er spesielt interessert i:

• Sorte hull, fordi man kan måle hvor store og tunge de er og hvor langt vekk de er. Sorte Hull utsender ikke vanlig elektromagnetisk stråling, og gravitasjonsbølger er derfor den eneste måte vi kan observere dem direkte.
• Nøytronstjerner, fordi gravitasjonsbølgesignalet forteller noe om hvordan stoffet inne i nøytronstjernen oppfører seg under ekstreme forhold. En nøytronstjerne er en stor atomkjerne, og observasjoner av kollisjoner mellom dem gir informasjon om fysikken på mikroskopisk nivå inne i atomene.
• Det tidligste univers, fordi universet ikke er gjennomsiktig for elektromagnetisk stråling før ca. 370.000 år etter Big Bang (se "Norge og Kosmologi"). Til gjengjeld er det gjennomsiktig for gravitasjonsbølger helt tilbake til en brøkdel av et sekund etter Big Bang. Gravitasjonsbølger kan derfor gi oss direkte observasjoner fra universet fødsel.

Forskergruppen ved Universitetet i Stavanger deltar i prosjektledelsen til LISA, og har særlig fokus på teorien for Sorte Hull, Nøytronstjerner og Big Bang, samt utvikling og testing av Dataanalyse-pipelinen.