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

De hvordan signalet ser ut fra en kollision mellem to sorte huller (BH), og hvilken del av signalet som det går an å se med LISA. Fra venstre Helena Kolesova, Germano Nardini, Alex Nielsen og Anders Tranberg.
De hvordan signalet ser ut fra en kollision mellem to sorte huller (BH), og hvilken del av signalet som det går an å se med LISA. Fra venstre Helena Kolesova, Germano Nardini, Alex Nielsen og Anders Tranberg.

Norske forskere kan bidra til å endre Big Bang-teorien

De skal bruke instrumenter i verdensrommet til å se på gravitasjonsbølger. Resultatene kan fortelle oss mer om fysikkens lover og universets opprinnelse.

I 2017 fikk amerikanske forskere nobelpris for å ha observert gravitasjonsbølger fra jorda. Nå er norske forskere med på et forsøk som skal observere disse bølgene fra rommet.

Skytes opp i 2035

Verdens største detektorinstrument skal skytes opp og inn i bane rundt sola. Der skal det oppdage og studere gravitasjonsbølger fra rommet. Oppskytingen skal skje i 2035. Norske forskere er med på prosjektet som skal lede til ny fysikk-forståelse.

Gravitasjonsbølger er bølger fra akselererende masse. Den gir oss informasjon om de mest ekstreme hendelsene i universet. Det kan være bølger fra to sorte hull som kolliderer eller en stjerne som eksploderer. Den eksplosive og raske utvidelsen av universet etter Big Bang satte i gang gravitasjonsbølger som fortsatt er i sving den dag i dag.

Det er den europeiske romorganisasjonen (ESA) som nylig har gitt grønt lys for oppdraget Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Det skal observere og måle lengre bølgelengder enn det som er mulig på jorden.

Germano Nardini, førsteamanuensis ved Universitetet i Stavanger og leder for den norske delegasjonen av forskere i LISA-konsortiet.
Germano Nardini, førsteamanuensis ved Universitetet i Stavanger og leder for den norske delegasjonen av forskere i LISA-konsortiet.

Arbeidet starter i januar 2025. Det innebærer blant annet at tre instrumenter skal skytes opp i verdensrommet. De skal gå i bane rundt sola og sende ut laserstråler mot hverandre i en gedigen trekantformasjon. Hver side av trekanten blir 2,5 millioner kilometer, over seks ganger så langt som fra jorden til månen.

Laserstrålene skal måle bølgene i verdensrommet.

– LISA-detektoren vil gi oss en dypere innsikt i ulike astrofysiske og kosmologiske hendelser i universets historie, forklarer Germano Nardini. Han er førsteamanuensis ved Universitetet i Stavanger og leder den norske delegasjonen av forskere i LISA-konsortiet.  De ti norske LISA-forskerne kommer fra UiO, UiB, NTNU og UiS.

Tre tiår med forskning

25. januar annonserte ESA at nedtellingen til oppskyting av verdens største interferometer i 2035 har begynt.

– Dette er en stor milepæl. Tre tiår med vitenskapelig og teknologisk forskning, inkludert bidrag fra Norge, har gjort dette mulig, sier Nardini.

Så langt er alle eksperimentene som er gjort for å påvise gravitasjonsbølger, blitt utført fra jorda. 

Medlemslandene i LISA-prosjektet har ansvar for å bygge instrumentene, romfartøyet og bakkesegmentet. Instrumentene skal kunne måle gravitasjonsbølger i millihertz-området. Dette er et område som ikke kan observeres fra bakkenivå. Men det antas at mange astrofysiske objekter sender ut stråling i dette området – for eksempel svarte hull og nøytronstjerner.

Fanger stråler i fire år

I fire år skal instrumentet på sin bane rundt sola fange bølger og stråler i verdensrommet. Forskerne mener blant annet det er mulig å fange svake gravitasjonsbølger fra andre galakser og fra universitets tidlige barndom for rundt 14 milliarder år siden. De har store forhåpninger om nye innsikter og oppdagelser.

Forskerne tror for eksempel at når de undersøker svake gravitasjonsbølger som stråler jevnt gjennom kosmos, så vil de kunne finne ut av hva som skjedde de første sekundene som universet eksisterte. Fenomener forskerne i dag bare har teorier om.

Da universet ble til, skjedde det en rekke faseoverganger. Det betyr at noe forandret seg fra en fase til en annen, slik som når vann blir til damp. Fenomener som kvarker og Higgs-partikkelen har blitt knyttet til faseoverganger i universet kort tid etter Big Bang. 

Dette er faseoverganger som har fått mye å si for den tidlige utviklingen og strukturen i universet. Studier av faseoverganger knyttet til kvarker og Higgs-partikkelen bidrar til bedre forståelse av de tidlige fasene og de fundamentale kreftene som styrer universets utvikling.

– Slike faseoverganger skal i teorien gi helt spesifikke gravitasjonsbølgesignal. Nå kan vi kanskje faktisk oppdage og registrere disse og bekrefte teoriene vi har om disse fenomenene, forklarer Nardini.

Han tror også det blir mulighet til å få mer innsikt i hemmelighetene til partikkelfysikken ved høyere energier enn vi er i stand til at nå ved dagens partikkelakseleratorer.

Germano Nardini (fra venstre), Helena Kolesova, Anders Tranberg og Alex Nielsen er noen av forskerne som er tilknyttet LISA-prosjektet.
Germano Nardini (fra venstre), Helena Kolesova, Anders Tranberg og Alex Nielsen er noen av forskerne som er tilknyttet LISA-prosjektet.

Bekrefter Einsteins teorier

Einsteins relativitetsteori forutsa gravitasjonsbølger. De ble først observert i 2015.

– Med LISA-prosjektet kan vi oppdage helt uventede ting og nye fenomener. Hvis relativitetsteorien skulle vise seg å gi litt feil resultater, kan det bety at vi for eksempel må vurdere alternative teorier for tyngdekraften, påpeker Anders Tranberg. Han er professor i teoretisk fysikk ved Universitetet i Stavanger og har bidratt til LISA-prosjektet siden 2014.

Tranberg er for eksempel spent på om vi kan få bekreftet hypoteser om ekstra dimensjoner og strengteorien. Fysikere har regnet på disse fenomenene i opp mot 50 år.

– Dersom instrumentet oppdager flere sorte hull – små og store – enn vi forventer, må vi revidere elementer av vår Big Bang-teori, påpeker Tranberg og fortsetter:

– Hvis vi ikke gjennom dette finner noen tegn på faseoverganger, for eksempel, så har vi et problem med å forklare hvor universets antistoff er blitt av. Så det er nok å ta av, sier han.

Norske forskere utvikler dataanalyse

Det blir en stor jobb for det internasjonale lauget av fysikerne som skal sortere kildene og tolke dataene og sette dem inn i riktig sammenheng. Forskerne har tilgang til avanserte dataanalyser og store databehandlingsressurser.

Helt konkret har norske teknologivirksomheter anledning til å bygge komponenter til fartøyene som skal skytes opp i rommet. Det norske LISA-konsortiet utvikler deler av dataanalysen. 

Rådata skal konverteres direkte fra LISA-instrumentene til data som er mer umiddelbart brukbare for forskerne. En superdatamaskin med mer enn 50 millioner timers regnetid kan undersøke om disse dataene har de signalene som forskerne så gjerne håper at de har.

Har jaktet på bølgene i ti år

– Dette er også en veldig stor milepæl for oss i LISA-gruppa på Universitetet Ii Stavanger, sier Tranberg, som er veteranen i prosjektet.

UiS-forskerne Angelo Ricciardone, David Weir og Tranberg var de eneste fysikerne i Norge som var med på å klargjøre eLISA, som LISA het tidligere. De beviste at teknologien som nå skal brukes, fungerte som tenkt.

De siste 20 årene har jakten på gravitasjonsbølgene økt i intensitet. Også i LIGO-prosjektet, som i 2016 kunne offentliggjøre den første observasjonen av gravitasjonsbølger noensinne, måtte det stadige justeringer til av instrumenter før suksessen var et faktum. 

I 2017 fikk de tre amerikanske foregangsmennene for LIGO Nobelprisen i fysikk for å ha påvist gravitasjonsbølger året før. Alex Nielsen, også han professor i fysikk ved UiS, deltok i dataanalysen av den aller første gravitasjonsbølge-hendelsen i september 2015, som del av LIGO-prosjektet. 

Bekreftelse eller skraphaug

Helena Kolesova utforsker hvordan gravitasjonsbølger fra det tidlige universet kan avsløre ny fysikk, slik som naturen til mørk materie. 

– For 30 år siden var ideen vanvittig, sier Helena Kolesova, som er partikkelfysiker ved Universitetet i Stavanger.

Du kan også lese mer om det som Kolesova er mest spent på i denne artikkelen: Gigantiske lasere skal fange bølger i verdensrommet.

Når de norske fysikerne i LISA-konsortiet kaster seg over dataene, kan teoriene deres som de arbeider med om verdensrommet og universets tidlige begynnelse, enten bekreftes eller risikere å bli kastet på historiens skraphaug – og helt nye teorier kan lages og bekreftes.

 

Powered by Labrador CMS