Astrofysikere vil detektere tyngdebølger med et galaktisk GPS-system

Albert Einstein forudsagde eksistensen af tyngdebølger for næsten hundrede år siden.

Men til trods for, at der er postet milliarder af kroner i specielle observatorier i USA, Tyskland og Italien til at måle de små rystelser i tid og rum, som den generelle relativitetsteori forudsiger findes, har det endnu ikke været muligt at lave en direkte detektion af tyngdebølger.

Der findes en form for indirekte detektion fra 1974 - og som udløste en nobelpris i fysik i 1993 til Russel Hulse og Joseph Taylor fra Princeton University - så forskerne er rimeligt sikre på, at Einsteins forudsigelse nok skal holde. Men det ville nu være rart at kunne måle tyngdebølgerne direkte, er holdningen blandt fysikerne.

Nu mener astrofysikerne, at de kan bruge et slags galaktisk GPS-system til at detektere, hvordan tyngdebølger påvirker Jordens placering i forhold til andre objekter i Universet.

Laserobservatorier har ikke fundet noget endnu

I de specielt designede observatorier til detektion af tyngdebølger som Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory i USA, bruger man laserstråler til at måle ekstremt små forskydninger i en masse placeret for enden af en flere kilometer lang arm, der opstår på grund af tyngdebølger, der eksempelvis udsendes, når to sorte huller støder sammen.

Det drejer sig om størrelser omkring 10^-16 cm eller 100 millioner gange mindre end størrelsen på et brintatom. Men til trods for den ekstremt høje nøjagtighed, hvormed man kan måle forskydningen af massen, er det ikke lykkedes at kunne måle en tyngdebølge.

De små rystelser i rummet, som stammer fra selv meget voldsomme begivenheder i Universet, er nemlig meget små.

Et alternativ til at måle, hvordan tyngdebølger flytter en masse i et flere kilometer langt laser-observatorium, er at se, hvordan hele Jorden flytter sig i Universet. Det kræver blot et galaktisk GPS-system som reference for Jordens position. Det er det, som astrofysikerne mener, de er godt på vej til at finde i form af såkaldte millisekund-pulsarer.

Pulsarer er roterende neutronstjerner, der udsender radiostråling, røntgenstråling eller gammastråling. Pulsarer roterer langsommere og langsommere som tiden går, med mindre de er en del af et binært system, hvor gas, der flyder fra en stjerne til pulsaren, kan få kan den til at opretholde en rotationshastighed på flere hundrede gange i sekundet over meget lang tid (se video i linket nedenfor).

Kapløbet er skudt igang

Nasas Fermi Gamma-ray Space Telescope, der blev opsendt i 2008, har nu fundet 17 nye millisekund-pulsarer forskellige steder i Mælkevejen. De første af disse millisekund-pulsarer blev fundet for 28 år siden. Indtil Fermi blev opsendt, kendte man kun 60 af slagsen.

Millisekund-pulsarerne er de mest præcise ure, der kendes i naturen. Med store radioteleskoper kan man måle signalerne, der kommer fra mange millisekund-pulsarer fra kilder, der er spredt over hele himlen. Kommer signalerne enten lidt før eller lidt senere end forventet, er det et direkte tegn på, at en tyngdebølge har forandret rummet.

Det kræver dog et stort antal millisekund-pulsarer, der er spredt over hele himlen. Først med Fermi rumteleskopet, der er bygget for at finde gammastråling, har man fået denne mulighed.

»Vi har sandsynligvis kun fundet ca. en procent af alle millisekund-pulsarer i Mælkevejen, men vi har nu næsten nok af dem til at kunne detektere tyngdebølger,« sagde Scott Ransom fra National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i USA, da han for nylig var med til at fremlægge fundet af de 17 nye millisekund-pulsarer på et møde i American Astronomical Society i Washington DC.

Bruce Allen, der er direktør for Max Planck instituttet for gravitationsfysik i Hannover, er overvejende enig.

»Jeg tror, at de har en god chance for at slå de jordbaserede detektorer. Det er nu et kapløb,« siger han til Nature.

Det kan åbne for en helt ny gren inden for astronomien: Tyngdebølge-astronomi. Et enormt laserobservatorium i rummet til mange milliarder kroner, Laser Interferometer Space Antenna (LISA), har været på diskuteret hos Nasa og ESA i årevis.

Thomas Prince fra California Institute of Technology i Californien, der er involveret i LISA-missionen, fremhæver, at interferometre vil have en lang række fordele frem for "det galaktiske GPS-system" blandt andet i form af at kunne udpege retningen til de hændelser i Universet, der forårsager tyngdebølger.

Til gengæld er et galaktisk GPS-system baseret på millisekund-pulsarer og som bruger eksisterende radioteleskoper, "dirt cheap", som Scott Ransom udtrykker det.

Dokumentation

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)
Et galaktisk GPS system (NASA)
Millisekund pulsar (video)
Videointerview med Scott Ransom

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg tænker her på at vi kan måle mindre og mindre 'ting' og kortere og kortere tid.

Det er muligt det ikke er praktisk muligt, men forestiller mig en opstilling, hvor man måler tyngdekraften.

Hvis man lader en tung genstand køre henover dette målepunkt bør tyngdekraften aftage som følge af den forøgede masse ovenover målepunktet.

Ved at sammenligne tid og ændring burde man kunne fastslå, at tyngdeændrnger udbreder sig med lysets hastighed - og dermed er tyngdebølger bevist.

Der skal nok nogle tunge ting og relativt høje hastigheder til, men det må være noget billigere end at bygge og sende 'ting' i rummet.

  • 0
  • 0

Ved at sammenligne tid og ændring burde man kunne fastslå, at tyngdeændringer udbreder sig med lysets hastighed - og dermed er tyngdebølger bevist.

Tyngdekraften er en konstant kraft, den ændrer sig ikke periodisk, men bølgefænomenet forudsætter en bølgelængde. Efter min mening kan tyngdebølger KUN eksistere hvis en "ægte" tryllekunstner kan få massen periodisk til at være "der" og være "væk", men det er umuligt...

  • 0
  • 0

Jeg er nogenlunde enig med dig Berndt. Men på den anden side teorier skal bekræftes....og du er jo normalt i opposition til Einstein...hvis jeg husker ret.

Men jeg har impirisk oplevet at tyngdekraften har ændret sig gennem mit liv. For fyrre årsiden kunne jeg spinge over 180 i højden. Idag kan jeg måske klare 50 :-)

  • 0
  • 0

Ja men den slags tyngdekraft er jeg skam godt bekendt med Bjarke, men jeg tror nu ikke det er hvad Einstein havde tænkt på... under alle omstændigheder er det sin sag at modtage et nul Hertz signal. En supernova vil sikker i sin umiddelbare nærhed kunne producere et enkelt negativ gående step, men om det kan detekteres her på jorden tvivler jeg stærk på.

Ja teorier skal bekræftes eller kastes borte, men i vor fysik er genbrug et hellig ord :o)

  • 0
  • 0

Tyngdekraften er en konstant kraft, den ændrer sig ikke periodisk, men bølgefænomenet forudsætter en bølgelængde. Efter min mening kan tyngdebølger KUN eksistere hvis en "ægte" tryllekunstner kan få massen periodisk til at være "der" og være "væk", men det er umuligt...

Jeg ved ikke om du(I) tager pis på mig eller ej.

Men er du enig i, at hvis man måler (samlet) tyngdekraft/gravitation/.. er den ikke den samme for et legeme der befinder sig frit over jorden, eller befinder sig under et tungt legeme, der har en modsat rettet gravitation.

Hvis det skulle være tilfældet, så ville vi jo 'veje' det samme når vi står på jorden, selvom en tilsvarende 'jord' befinder sig 20 m over hovedet på os.

Nej vel ;-)

Lav et eksperiment ved at placere et gravimeter under f.eks. en jernbanebro.

Opstil en måler der måler afstand/tid på et kommende tog.

Når toget er over gravimeteret, vil den modsat rettede tyngdekraft give udslag.

Sammenlign tid og placering for toget med gravimeteret's læsninger.

Hvis aflæsningerne ikke er i fase, betyder det, at tyngdekraften udbreder sig med den målte hastighed (faseforskydning).

Det forudsætter naturligvis at man kan måle/observere om er er en masse over måleinstrumentet eller ej, men du mener måske det ikke kan lade sig gøre at foretage en sådan måling?

  • 0
  • 0

I en givet afstand fra et graviterende legeme er tyngdekraften den samme og den har ikke en skid med et andet legeme at gøre. Vis mig lige hvor i Universet der eksisterer to planeter i 20 meters afstand fra hinanden ! Så det her...

Jeg ved ikke om du(I) tager pis på mig eller ej.

...klarer du fint selv. Din fine beskrivelse har intet med sagen at gøre !

  • 0
  • 0

I en givet afstand fra et graviterende legeme er tyngdekraften den samme og den har ikke en skid med et andet legeme at gøre.

Ja, men er vi enige i, at den samlede tyngdekraft er afhængig af afstanden(og massen) af graviterende legemer.

Vil du påstå, at den samlede tyngdekraft (i mit eksempel med toget) er den samme uanset om der er et tog over mig eller ej, altså at toget (over mig) ikke har noget modsat rettet gravitation?

Nu skrev jeg det med en anden planet 20m over hovedet, og det var ikke bogstaveligt ment, men for at illustrere at din påstand vil medføre, at man skulle veje det samme (uændret tyngdekraft i forhold til jorden) selvom der skulle være et massivt legeme der trak modsat.

Jeg håber ikke du tror det.

Men for at skære eksperimentet ud i pap, så laver vi et eksperiment hvor 2 stk. jord passerer hinanden i 20 m's afstand.

Vi befinder os 10 m over jord-1, og har en nogenlunde normal vægt(tyngdekraft).

Når jord-2 befinder sig lige over os, går jeg ud fra du er enig i, at tyngdekraften fra hhv. jord-1 og jord-2 ophæver hinanden, da vi er 10 m fra begge, eller hur?

Det vil sig vi ændrer tilstand fra normal tyngdekraft til vægtløshed i forhold til jord-1.

Spørgsmålet er så om denne forandring sker straks, eller har en forsinkelse med lysets hastighed.

Hvis der er en forsinkelse, må det nødvenfigvis være en 'tyngdebølge'.

Hvis du mener jeg har misforstået 'tyngdebølger', så kom gerne med en forklaring, blot ikke 'krumninger i rum/tid' og den slags.

  • 0
  • 0

Hej Stig Johansen

Tyngdekræfterne ændres ikke af at der er et andet legeme i nærheden.

Jordens tyngdekraft den samme og det samme er det andet legemes.

Du oplever måske at jordens tyngdekraft bliver ophævet, det kan du også opleve ved et frit fald mod jorden inden du udløser din faldskærm.

Fordi du oplever at der ingen tyngdekraft er tilstede, så vil du da ikke påstå at den er ophørt med at virke. Du drøner da mod jorden

Det lange frie fald rumstationen med astronauter ombord er da også underlagt tyngdekraften selv om de følere sig vægtløse

  • 0
  • 0

[quote]Ved at sammenligne tid og ændring burde man kunne fastslå, at tyngdeændringer udbreder sig med lysets hastighed - og dermed er tyngdebølger bevist.

Tyngdekraften er en konstant kraft, den ændrer sig ikke periodisk, men bølgefænomenet forudsætter en bølgelængde. Efter min mening kan tyngdebølger KUN eksistere hvis en "ægte" tryllekunstner kan få massen periodisk til at være "der" og være "væk", men det er umuligt...

[/quote] Berndt! Mener du tyngde udbreder sig med uendelig hastighed? - Altså overskrider lyshastigheden i vacuum!?

Hvad blev der forøvrigt af dit 'yndige' kontrafej?

  • 0
  • 0

Stig Johansen:

relativt høje hastigheder

Stig! Når du, inden for dette emne, tale om "relativt høje hastigheder", betyder det hastigeheder på en stor procendel af lyshastigheden. - Noget a'la 99.99 % af lyshastigheden, eller mere.

  • 0
  • 0

En Maxwell-analog gravitationsteori med to felter

-- To gravitations-felter omkring graviterende masser i relativ bevægelse -- Omkring en elektrisk ladning, der er i relativ bevægelse i forhold til en iagttager, eksisterer (som bekendt) både en elektrisk kraft og en magnetisk kraft. Helt analogt vil der omkring enhver masse, der er i relativ bevægelse i forhold til en iagttager, eksistere to typer af gravitations-kræfter, nemlig: 1) En ’gravito-statisk kraft’, der er identisk med Newtons velkendte gravitationskraft, og 2) En ’gravitationel rotations-kraft’, kaldet den gravito-magnetiske kraft, der er analog til den magnetiske kraft. I det følgende, på engelsk, lidt om en Maxwell-analog gravitationsteori, som jeg i slutningen af 1960’erne foreslog som en alternativ gravitationsteori til Einsteins gravitationsteori fra 1915.

På det angivne link kan man, på dansk, studere den matematiske udledning af de fire Maxwell-analoge ligninger, som gælder for de to gravitations-felter.

-- Tyngde-bølger fra accelererede masser -- Og ja, af ligningerne følger, at der fra accelererede masser udsendes tyngde-bølger med lysets hastighed.

-- Gravito-magnetisk felt omkring masser i bevægelse -- More than forty years ago I had suggested a Maxwell-analogous gravitational theory with two gravitational fields. The two fields are the 'gravito-static’ field introduced as the gravitational force by Newton and the 'gravito-magnetic’ field, which is a gravitational vector rotation-field. The two fields exist around matter in relative motions.

-- De gravito-magnetiske kræfter er relativistiske -- In my treatise I show that the four equations, which must be fulfilled by the ’gravito-static’ field and the ’gravito-magnetic’ field, are mathematical identical to Maxwell's equations for the electromagnetic fields. I show that the four field equations and the 'gravitational Lorentz-force equation' can be derived as a consequence of:

1) The gravito-static force law of Newton,

2) The transformation equations for positions, times, velocities, and forces as given in the special theory of relativity,

3) The assumption that the 'gravitational mass' is Lorentz invariant.

-- Gravitations-bølger udsendt fra masser der accelererer -- In the equations I introduce a quantity I call the ‘gravito-magnetic permeability’ which is coupled to the ’gravito- magnetic’ field. The ‘gravito-magnetic permeability’ is connected to the gravitational ‘constant’ of Newton and the propagation velocity of the gravitational fields (gravitational waves). The velocity of propagation of the gravitational fields is assumed to be equal to the velocity of light.

-- Gravito-magnetiske kræfter var større i tidligere epoker af Universet -- According to my quantum-cosmological theory (see my treatise) Newton's gravitational 'constant' is not a constant but is decreasing along with the expansion of the Universe. If the propagation velocity of the gravitational waves does not change in cosmic time then it has as a consequence that also the 'gravito-magnetic permeability' is a decreasing quantity along with the expansion of the Universe.

Around most moving bodies, for example the sun and the planets, the ’gravito-magnetic’ fields are extremely small and they are difficult to measure. But around massive bodies with high masses and great velocities there exist measurable ’gravito-magnetic’ fields, for example around neutron-stars, black holes etc.

In earlier epochs of the cosmic evolution of the Universe the magnitudes of the ’gravito-magnetic’ fields were higher. As we look back in time to distant objects in the Universe, these objects had moved in more and more intense and strong cosmic ‘gravito-magnetic’ fields, which has astrophysical consequences and which can give explanation of different observations.

You can study the mathematical derivation of the gravitational field-equations in part 6 of my treatise.

Artikel på dansk: http://louis.rostra.dk/kvant_06.html

Hilsen fra Louis Nielsen

  • 0
  • 0

Berndt Barkholz: [quote]Nej John, tyngdekraften bruger lysets hastighed som "kommunikationshastighed" er min mening

Ok! Så er vi da enige, på dét punkt! ;-) [/quote]

Ja de er sgu kære nede i de små klasser. De er blevet enige om, at jorden hænger i en slags elastik i sin bane om solen. Elastikken er godt nok lidt sær, hvis afstanden forøges, svækkes spændingen og vise versa.

Hvis man kappede elastikken, eller båndet / rebet ved solen, ved pludseligt at fjerne denne, er de enige om at der går syv minutter, inden jorden opdager dette. De kalder det "kommunikationshastighed”

Hvis man (Som kirken indtil 1992) havde hold fast ved det geocentriske verdensbillede, ville man med nutidens computere, via epicykler, til næsten fuldkommenhed kunne forklare Himmellegemers baner.

Gallileo gættede rigtigt, men det var vel også enten eller. Ligesom med tyngdekraften, enten suger den, eller også er den et stråletryk.

Mvh. Jørgen

  • 0
  • 0

Når der sker en stor og kraftig annihilering af en stor mængde stofmasse, vil fænomenet først kunne observeres mange år efter, ved hjælp af optiks eller radiobølgebaseret observation.

Tyngdebølgen eller rettere manglen på tyngde, vil være øjeblikkeligt og derfor leder man forgæves efter tyngdebølger i retninger der for længst har været udsat for denne mangel på tyngdekraft.

Opstår der på et tidspunkt en detektion af en tyngdebølge og dermed mangel på tyngde i en specifik retning, kan man forvente at der mange år (måske tusinder af år) efter vil fremkomme en visuel observation af en stor annihilering af stofmasse.

For at kunne detektere en tyngdebølge, skal annihileringen af stofmassen være af en størrelse der er grænsende sig til en stofmasse på størrelse af Solen eller endnu større.

Tyngdepåvirkningen skal være mulig at måle med vores tyngdemåler, hvorfor det kræver umådelig stor tyngdemangel, for at vi i det hele taget kan måle det.

Årsagen til, at vi øjeblikkeligt kan observere effekten af annihileringen og tyngdebølgens tyngdemangel og dens følgevirkning med en tyngdemåler, er på grund af, at når stofmasse annihilerer forsvinder ballasten for det gravitationelle kraftfelt og virkningen vil med det samme blive 0, ikke blot der hvor det sker, men gennem hele længden af det tyngdefelt, der ellers havde den annihilerede stofmassen som ballast.

Det er faktisk kvantefysik i stor skala. Her sker tingene ikke efter lysets hastighed, men øjeblikkeligt i en hvilken som helst afstand.

Med venlig hilsen Lars Kristensen

  • 0
  • 0

Stig! Når du, inden for dette emne, tale om "relativt høje hastigheder", betyder det hastigeheder på en stor procendel af lyshastigheden. - Noget a'la 99.99 % af lyshastigheden, eller mere.

Beklager hvis jeg har rodet rundt i begreberne med tyngdekraft og virkning, jeg kaldte det bare tyngdekraft.

Jeg forestiller mig egentlig det faktisk ville kunne lade sig gøre med følgende simple opstilling:

Vi tager denne her jernbanebro, og opstiller en lasermåler, der målet afstand/tid for toget.

Nedenunder broen, på vejbanen f.eks. opstilles et gravimeter, der måler 'tyngdekraft' og tid.

Nu ved jeg ikke om den slags arbejder analogt eller digitalt, for det vil kræve en meget høj samplingrate, jeg så en udsendelse med Mythbusters, hvor de havde lånt et gravimeter, der var så følsomt, at det kunne registrere selv et menneskes tilstedeværelse.

Disse to 'målestationer' forbindes nu til en logger, og her er det vigtigt at ledningerne er præcis lige lange.

Tanken går så ud på, at hvis ændringerne ankommer præcis samtidig, så er der tale om en 'statisk' udbredelse, men hvis de ankommer med en forsinkelse er der tale om en ikke uendelig udbredelseshastighed.

Så vidt jeg kan se handler det blot om at kunne registrere en tidsforsinkelse svarende til lysets hastighed på de 3-4 m der er i højdeforskel mellem gravimeter og tog.

Lyder det helt ved siden af?

  • 0
  • 0

@Stig

Jeg har før prøvet at forklare noget offentlig, men den tid er over, send en e-mail til berndtogkatrine(at)hotmail.com og få svar...

Tak for tilbudet Berndt, men jeg kan se at min fejl var at bruge ordet tyngdekraft forkert. (Måske gør jeg brug af tilbudet, men jeg frygter det bliver lidt for teknisk til mig).

I min egen model opererer jeg også med statisk og dynamisk 'tyngdekraft', samt udbredelseshastighed (af ændringer) med lysets hastighed, så det ville være rart at få bevist disse ting, da det samtidig bekræfter min model.

  • 0
  • 0

for det vil kræve en meget høj samplingrate

Lidt hovedregning siger mig, at hvis man skal opnå bare 10% nøjagtighed på tid, så kræver det ca. 1 GHz sampling, og højagtigheden af målingerne skal nok op i en anseelig bitstørrelse, så det er nok ikke realistisk med vores nuværende teknologi.

Men jeg vil stadig mene, at pengene er givet bedre ud til at forbedre måleudstyr/computere fremfor at bruge dem på at sende 'ting' i rummet, hvor resultatet er ukendt.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten