Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Stavanger - les mer.

Ny forskning setter Einstein på prøve

Forskere har gjort observasjoner av det sterkeste gravitasjonsbølgesignalet som noensinne er sett.

Gravitasjonsbølger er energi som forplanter seg i bølgeform med lysets hastighet. Gravitasjonsbølgesignalet som nå er observert kommer fra to sorte hull, som kretser omkring hverandre og til sist krasjer sammen.
Publisert

Professor Alex Nielsen og forsker Vegard Undheim har nettopp publisert et nytt sett med observasjoner av gravitasjonsbølger. 

Gravitasjonsbølger er energi som forplanter seg i bølgeform med lysets hastighet. Gravitasjonsbølgesignalet som nå er observert kommer fra to sorte hull, som kretser omkring hverandre og til sist krasjer sammen. 

Da signalet ble observert, var dette det sterkeste signalet noensinne.

– Ved å teste Einsteins teori for gravitasjon kommer vi nærmere svar om hvordan universet fungerer, sier professor Nielsen.

Observerer kollisjoner mellom sorte hull

Gravitasjonsbølger er en ny måte å observere universet på. Det kreves uhyre sensitive instrumenter for å påvise dem.

– Vi har ikke andre måter å se disse kollisjonene mellom sorte hull enn ved hjelp av gravitasjonsbølger. Ved å teste Einsteins teori for gravitasjon kommer vi nærmere svar på hvordan universet fungerer og hvordan det oppfører seg i de mest ekstreme forhold, sier Nielsen.

Signalet forskerne fant var så sterkt at det gjør dem i stand til å utføre noen av de strengeste testene av Einsteins gravitasjonsteori noensinne. 

Professor Alex Nielsen sier at Einsteins teori ennå består testen, men denne gangen med et lite «kanskje».

– Einsteins gravitasjonsteori er en hjørnestein i moderne vitenskap, men som forskere ønsker vi å finne ut om den feiler, og i så fall hvor den feiler, sier han.

Feiler Einstein nå?

– Våre observasjoner kommer fra kollisjonen av sorte hull. Dette er de mest voldsomme hendelsene i det kjente universet. Hvis Einsteins teori skal feile, håper jeg den feiler for disse sorte hullene, sier Nielsen.

Doktorgradsstudent Vegard Undheim deltok i studien.

I 1915 fullførte Einstein arbeidet med sin gravitasjonsteori: Den generelle relativitetsteorien. Dette er en teori ikke bare for gravitasjon, men også for tid og rom. 

Ifølge teorien er det vi vanligvis oppfatter som et legemes bevegelse – under påvirkning av tyngdekraften  – den rettest mulige bevegelsen av et fritt legeme i et krumt, firedimensjonalt tidrom.

Einsteins teori forutså gravitasjonsbølger som transporterer energi fra kollisjoner av sorte hull ut i universet. Det tok 100 år før forskerne fant disse bølgene. 

Nå finner forskerne signaler fra gravitasjonsbølger hele tiden, det skjer rutinemessig. Men noen signaler er altså sterkere enn andre, og dermed mer interessante for forskerne.

– Da jeg så signalet fra GW230814, var min første reaksjon «wow»! Dette var et signal så sterkt at vi bare måtte sjekke om det virkelig stemmer overens med det Einstein forutså, sier Nielsen.

Må finne opp ny matematikk

Det har tatt to år å gjøre kontrollene av observasjonene. Underveis støtte forskerne på noen uventede egenskaper ved signalet, som de måtte utjevne. 

En annen utfordring, var at signalet kun ble funnet i én av LIGOs detektorer. De andre detektorene var frakoblet på det aktuelle tidspunktet.

De tekniske utfordringene som måtte løses for å kontrollere signalet, vil komme til nytte innenfor andre områder, som forbedring av måleinstrumenter, seismisk isolering og laseroptikk.

– Vår endelige konklusjon er at signalet er i samsvar med Einsteins spådommer – sannsynligvis. Nå har vi faktisk kommet så langt i vår forskning, at vi må finne opp ny matematikk bare for å holde tritt med observasjonene. Det er spennende, sier Nielsen.

Fakta om det nye signalet og forskningen

Det nye signalet, som har fått navnet GW230814, stammer fra en kollisjon mellom to sorte hull med masser på henholdsvis 34 og 28 ganger solens masse. Det ble funnet med LIGO-detektoren i Livingston, Louisiana i USA 14. august 2023.

Observasjonene er gjort i samarbeid med kollegaer fra LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)Virgo interferometer og KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector). Forskere fra alle de tre observatoriene har nå gått gjennom observasjonene, og brukt sin ekspertise til å analysere signalet.

Forskningen er publisert her. Du kan også lese et populærvitenskapelig sammendrag av artikkelen på LIGOs nettsider.

Referanse:

The LIGO Scientific Collaboration mfl.: GW230814: investigation of a loud gravitational-wave signal observed with a single detector. General Relativity and Quantum Cosmology, 2025. (Sammendrag) Doi.org/10.48550/arXiv.2509.07348

Powered by Labrador CMS