Nu er det officielt: Gravitationsbølger er detekteret for første gang

Et voldsomt sammenstød mellem to sorte huller og de udsendte gravitationsbølger i form af rystelser i rumtiden er registreret af fintfølende observatorier i USA.

Computersimulering af dannelse af gravitationsbølger ved et sammenstød mellem to sorte huller. (Grafik: Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, W. Benger-Zib.

Direktør for Ligo David Reitze var klar i mælet på pressekonferencen i Washington D.C.:

»We have detected gravitational waves. We did it.«

Derved har han bekræftet den formodning, som de seneste dage havde spredt sig verden over.

Læs også: Resultat af gravitationsbølger kommer på torsdag - med mulighed for Nobelpris

Det er en opdagelse, der i betydning er af samme karakter som opdagelsen af Higgsbosonen i 2012, og som har store perspektiver for en bedre forståelse af universets udvikling siden big bang.

Det ene af de to observatorier i USA til detektion af gravitationsbølger. Med lasersignaler måles forskydninger, der er mindre end diameteren for en proton, for masser for enden af hver af de fire kilometer lange arme, der står vinkelret på hinanden.

David Reitze forklarede, at det er første gang, det er observeret, at binære sorte huller støder sammen, og at sådanne objekter i det hele taget eksisterer.

De to sorte huller havde hver en diameter på ca. 150 km og en masse, der var 30 gange så stor som Solen. De stødte sammen med en hastighed på halvdelen af lysets hastighed. Det er en utrolig voldsom hændelse.

»Vi har åbnet et nyt vindue inden for astronomi, som både vil give information om noget, som vi forventer sker - som sammenstød mellem sorte huller - og noget som vi slet ikke kender til,« sagde David Reitze.

Ligo-projektet blev udtænkt for mere end 40 år siden. En af projektets fædre, Kip Thorne, tilføjede:

»Hver gang vi har åbnet et nyt vindue, er vi blevet overraskede over det, vi ser.«

Læs også: Derfor er gravitationsbølger interessante

Tre solmasser udsendt som gravitationsenergi i sammenstødet

Sammenstødet mellem de to sorte huller blev observeret 14. september. Det var i optakten til observationsserien, der først officielt blev begyndt 18. september 2015 og afsluttet 12. januar 2016.

Observatoriet blev dog det kørt på samme vis i optaktsfasen som i den officielle observationsserie.

Talsmanden for forskerne, Gabriela Gonzales, forklarede, at først blev et signal observeret af ca. ½ sekund varighed detekteret af den ene Ligo-detektor. 7 millisekunder senere blev det samme signal detekteret af denne denne anden detektor 3.000 km borte.

Derved kunne forskerne være sikre på, at de havde set et sammenstød mellem de to sorte huller - og ikke blot en tilfældig hændelse. Sammenstødet fandt sted for 1,3 milliarder år siden og ved sammenstødet blev udsendt en energi svarende til tre solmasser.

En artikel om målingerne er netop blevet publiceret i Physical Review Letters efter at have været gennem den sædvanlige peer-review-proces.

Flere observatorier på vej

Ingeniører ved Ligo er for tiden ved at evaluere den tekniske tilstand for de to observatorier i ISA, før den næste observationsserie sættes i gang senere på året. Den nøjagtige dato er endnu ikke fastsat.

En opgadering af et europæisk gravitationsbølge observatorium EGO-Virgo forventes at være klar til drift i efteråret 2016.

Med tre observatorier med næsten samme følsomhed (to Ligo i USA og Virgo i Italien) vil man mere nøjagtigt kunne udpege kilden til gravitationsbølger. Tyskland, Australien og Japan er også aktive inden for gravitationsbølgeobservatorier.

Kommentarer (23)

Kunne du ikke lige forklare observationsrækkefølgen ?
- er instrumenterne klar, og så kommer der en observation ?
som så kan henføres til gravitationsbølger fra de omtalte sorte huller ?
Ved læsning her, og andre steder, kan man få den opfattelse at vi har observeret begivenheden, og observerer derefter - og ser så gravitationsbølgerne .....

I analogi, så observeres e.g. Supernovaer ved deres manifestation som lys, så varsles det og mange forskellige instrumenter rettes så mod begivenheden.

Hvad er rækkefølgen i gravitationsbølger set fra observationssysnspunktet ?

  • 1
  • 3

  • er instrumenterne klar, og så kommer der en observation ?
    som så kan henføres til gravitationsbølger fra de omtalte sorte huller ?

Ja, instrumenterne er klar og foretager målinger, og så observerer vi gravitationsbølgerne når de passerer. Vi har ikke noget forudgående varsel om dem. Vi har kun LIGO der kan observere gravitationsbølger af denne størrelse lige pt. og begivenheden varer så kort (millisekunder) at vi ikke har tid til at følge op med andre observatorier. Det er i øvrigt ikke givet at der vil blive udsendt stråling i det elektromagnetiske spektrum (så vidt jeg forstår). Dertil kan det tilføjes at med kun to instrumenter, har vi en meget dårlig retningsbestemmelse af hvor signalet kommer fra. Svarer til at skulle bestemme positionen for en lydkilde med kun to omnidirektionelle mikrofoner.

  • 7
  • 0

Bemærk: Begge målinger visses overlejret, så man kan se at de næsten er ens:

LIGO Laboratory. (2016, February 11). Gravitational waves detected 100 years after Einstein's prediction: LIGO opens new window on the universe with observation of gravitational waves from colliding black holes. ScienceDaily:
http://www.sciencedaily.com/releases/2016/...
Citat: "...
The gravitational waves were detected on September 14, 2015 at 5:51 a.m. Eastern Daylight Time (09:51 UTC) by both of the twin Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detectors, located in Livingston, Louisiana, and Hanford, Washington, USA.
...
Based on the observed signals, LIGO scientists estimate that the black holes for this event were about 29 and 36 times the mass of the sun, and the event took place 1.3 billion years ago. About 3 times the mass of the sun was converted into gravitational waves in a fraction of a second -- with a peak power output about 50 times that of the whole visible universe. By looking at the time of arrival of the signals -- the detector in Livingston recorded the event 7 milliseconds before the detector in Hanford -- scientists can say that the source was located in the Southern Hemisphere.
..."

Feb 11, 2016, LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes:
http://physicsworld.com/cws/article/news/2...
Citat: "...
The waves were produced from the collision of two black holes of 36 and 29 solar masses, respectively, which merged to form a spinning, 62-solar-mass black hole, some 1.3 billion light-years (410 mpc) away in an event dubbed GW150914. The detection was made on 14 September last year and was measured while the newly upgraded aLIGO detectors – one in Hanford, Washington, and the other in Livingston, Louisiana – were being calibrated before the first observational run began four days later.
...
The gravitational-wave signal lasted in both of LIGO's interferometers for 0.2 seconds and has been measured to a statistical certainty above 5.1sigma. In fact, the signal from the event was so strong that it could be visually "seen" in the data by eye.
...
As the final black hole was 62 solar masses, this means that 3 solar masses' worth of gravitational radiation was emitted during the event.
...
It is therefore easier to detect gravitational waves at lower frequencies and from lighter objects. Before its upgrade, LIGO was able to detect gravitational waves from 40 to 10,000 Hz, but since aLIGO came online, the interferometers have been able to detect waves down to a frequency of just 10 Hz, thereby greatly extending LIGO's reach.
..."

  • 2
  • 4

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger.
B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration).
Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016:
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.11...
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.11...
Citat: "...
VIII. CONCLUSION

The LIGO detectors have observed gravitational waves from the merger of two stellar-mass black holes. The detected waveform matches the predictions of general relativity for the inspiral and merger of a pair of black holes and the ringdown of the resulting single black hole. These observations demonstrate the existence of binary stellar-mass black hole systems. This is the first direct detection of gravitational waves and the first observation of a binary black hole merger.
..."

Kilden fundet via:

Feb 13th 2016, Gravitational waves have been detected for the first time.
Signs of black holes merging arrive a century after Albert Einstein predicted them:
http://www.economist.com/news/science-and-...
Citat: "...
During the merger’s final fifth of a second, envisaged in an artist’s impression above, the coalescing holes pumped 50 times more energy into space this way than the whole of the rest of the universe emitted in light, radio waves, X-rays and gamma rays combined.
...
Their problem was that the expected effect was a transient change in dimensions equivalent to perhaps a thousandth of the width of a proton in an apparatus several kilometres across.
...
As they outline in Physical Review Letters, the likelihood that the signal was a fluke is infinitesimal.
..."

  • 2
  • 4

Er der en der kort kan forklare hvorfor det pludselig er vigtigt st kunne måle Gravitationsbølger i forhold til at den generalle relativitetteori ikke er fyldestgørende nok ( eller direkte forkert)

  • 1
  • 1

Jens Ramskov Jeg formoder det især er det afsnit du henviser til:
"Men det allerførste og mest spændende sekund i universets liv - helt tilbage til den såkaldte Planck-tid på ca. 10^-43 sekund - kan kun studeres med gravitationsbølger.

På den måde kan det måske blive muligt at studere opspaltningen af naturkræfterne og se, hvordan den elektrosvage kraft omkring 10^-12 sekund efter Big Bang delte sig i den elektromagnetiske kraft og den svage kernekraft.

De nuværende observatorier i USA og Europa vil ikke være følsomme nok, selv ikke efter de i de kommende år får forbedret deres følsomhed efter et allerede fastlagt program. "

Så selvom vi kan se længere væk ( tilbage), skal der bygges et andet anlæg for at kunne se tilbage til 10^-12 sekund ?

  • 0
  • 0

Tak for svar vedrørende observation.

Kan du uddybe den retningsbestemmelse som kan ske med flere målepunkter ? Jeg har forstået der er to, men et tredie er på vej.

Der er et antal navigationssystemer på og omkring jorden (gamle e.g. LORAN og nye GPS/Galileo) som alle bygger på en differentialteknologi, hvor faseforskellen mellem samtidigt udsendte bølger bestemmes (fordi faseforskel er meget let at måle - i modsætning til en tidsforskellen).
Det er nærliggende at antage, at de nævnte gravitationsbølger har samme egenskab som elektromagnetiske bølger, og at en faseforskel mellem to adskilte observatorier udstrykker at bølgen har rejst længere til det ene observatorium. Der så en geometrisk flade for alle punkter som kan være kilde. Og med tre observatorier er der vel tre flader - som har en skæring (med usikkerhed osv).
Populært kaldes det vel hyperbel-navigation (ved ikke hvad en hyperbel er i tre dimensioner).

Er det sådan en teknik som vil blive udviklet ?

  • 0
  • 0

Er der en der kort kan forklare hvorfor det pludselig er vigtigt st kunne måle Gravitationsbølger i forhold til at den generalle relativitetteori ikke er fyldestgørende nok ( eller direkte forkert)

Hej Fleming

Den generelle relativitetsteori er "blot" en teori.

Observation af gravitationsbølger gør den generelle relativitetsteori mere "rigtig", hvorimod ingen obervation af gravitationsbølger ville have forkastet den generelle relativitetsteori.

Så observation af gravitationsbølger er en stor milepæl i fysikken.

  • 2
  • 3

Det store flertal har i mange år ment, at relativitetsteorien ikke blot er en "teori", men refererer til fakta, ligesom "teorien" om evolution (Darwin) kun benægtes som fakta af religiøse tosser. Det er derfor bedre, at tale "evolution" og "generel relativitet" (GR), frem for om teorier. Ellers kan alt jo påstås "blot" at være teori. At jorden kredser om solen og er rund fx.

  • 3
  • 1

Hvordan kan man med så stor sikkerhed sige at målingen stammer fra den konkrete hændelse så langt væk. Hvorfor ikke fra en anden hændelse da der må være mange milliarder hændelser i universet på et givent tidspunkt.

Som jeg forstår setuppet så er det forskel på afstand målt i de 2 arme man måler.

Hvorfor kan den forskel ikke være pga rystelser i jorden på den anden side af kloden eller andre hændelser her på jorden. Med min MEGET begrænsede viden forstår jeg simpelthen ikke hvordan man kan konkludere så bestemt.

  • 4
  • 2

Hvordan kan man med så stor sikkerhed sige at målingen stammer fra den konkrete hændelse så langt væk. Hvorfor ikke fra en anden hændelse da der må være mange milliarder hændelser i universet på et givent tidspunkt.

Den konkrete hændelse er kun kendt fra målingen i de to detektorer, ikke fra andre kilder.

Hvorfor kan den forskel ikke være pga rystelser i jorden på den anden side af kloden eller andre hændelser her på jorden. Med min MEGET begrænsede viden forstår jeg simpelthen ikke hvordan man kan konkludere så bestemt.

Fordi de to detektorer har målt det samme signal, og i samme styrke, bare med en lille tidsforsinkelse svarende til lysets hastighed. En rystelse på jorden udbredes med lydens hastighed (i klipper) og dermed meget langsommere. Desuden udgør jorden et akustisk filter, hvilket betyder at to detektorer ikke ville måle identiske signaler. Signalets styrke svækkes også undervejs. Endelig udbredes jordrystelser ad flere veje, en detektor fjernt fra kilden vil modtage samme signal mindst to gange.

Desuden har signalet en meget speciel signatur, hvor amplitude og frekvens stiger indtil signalet brat forsvinder.

  • 11
  • 0

Jeg har prøvet at forstå hvad det er LIGO rent teknisk måler på.

Er det forkert opfattet at der er tale om en forsøgsopstilling, der i grunden minder meget om Michelson og Morleys æter-forsøg fra 1887? Men hvor æter-forsøget forventede at påvise en nærved konstant forskel i målingerne i de to arme, så måler man her en meget kortvarig forskel når "bølgen" passerer.

  • 2
  • 0

Kan du uddybe "speciel signatur" ?
Jeg mener, er signaturen også forudsagt ud fra teorien ?
Da der er tale om den første måling, så er signaturen jo ikke observeret før - naturligvis.

Vil du uddybe ?

  • 0
  • 0

I må gerne dislike mit indlæg. Jeg følger ing.dk for at lære og også for at se hvor meget større verdenen er når man går i detaljer ;-) men jeg er helt newb på alt.

Peter tak for din gode besvarelse ;-)

Den sidste kunne jeg godt have en fjern forståelse af men den første besvarelse har jeg ikke nok viden til at forstå.

Mit spørgsmål er stadig hvordan man kan konkludere den hændelse så præcist når man ikke har observeret den på nogen anden måde og derfor ikke har noget andet at kæde det sammen med.

  • 3
  • 0

Mit spørgsmål er stadig hvordan man kan konkludere den hændelse så præcist når man ikke har observeret den på nogen anden måde og derfor ikke har noget andet at kæde det sammen med.

Man har (for længe siden) brugt den generelle relativitetsteori til at beregne hvordan gravitationsbølge signalet vil se ud for to sorte huller som roterer tæt omkring hinanden, og til sidst smelter sammen. Når man så måler et signal der passer præcist til teorien kan man ud fra det konkludere at teori og observation bekræfter hinanden.

Samme begivenhed har sandsynligvis også udsendt elektromagnetisk stråling, muligvis et gammaglimt, men det er ikke observeret. Når man en dag har flere detektorer kan man måle retningen af signalet og så rette et teleskop mod stedet.

  • 3
  • 0

Ordet "teori" har to meget forskellige betydninger, her forklaret på siden http://undsci.berkeley.edu/article/howscie...

""JUST" A THEORY?
Occasionally, scientific ideas (such as biological evolution) are written off with the putdown "it's just a theory." This slur is misleading and conflates two separate meanings of the word theory: in common usage, the word theory means just a hunch, but in science, a theory is a powerful explanation for a broad set of observations. To be accepted by the scientific community, a theory (in the scientific sense of the word) must be strongly supported by many different lines of evidence. So biological evolution is a theory (it is a well-supported, widely accepted, and powerful explanation for the diversity of life on Earth), but it is not "just" a theory.

Words with both technical and everyday meanings often cause confusion. Even scientists sometimes use the word theory when they really mean hypothesis or even just a hunch. Many technical fields have similar vocabulary problems — for example, both the terms work in physics and ego in psychology have specific meanings in their technical fields that differ from their common uses. However, context and a little background knowledge are usually sufficient to figure out which meaning is intended."

  • 4
  • 0

Det store flertal har i mange år ment, at relativitetsteorien ikke blot er en "teori", men refererer til fakta, ligesom "teorien" om evolution (Darwin) kun benægtes som fakta af religiøse tosser. Det er derfor bedre, at tale "evolution" og "generel relativitet" (GR), frem for om teorier. Ellers kan alt jo påstås "blot" at være teori. At jorden kredser om solen og er rund fx.

Hej Bjarne og Per

Albert Einsteins almene relativitetsteori og kvantemekanikken er pt inkompatible - så der må dukke noget nyt op senere:

Physics World, December 1999, Volume 12 Issue 12 Article 2: Quantum gravity presents the ultimate challenge to theorists:
http://web.archive.org/web/20070107131122/...
Citat: "...Physics in the 20th century is founded on the twin pillars of quantum mechanics and the theory of relativity. However, in spite of the enormous successes of each theory individually, the two appear to be incompatible. This embarrassing contradiction at the very heart of theoretical physics remains one of the great outstanding challenges in science..."

.

Men indtil videre har Einstein relativitetsteori klaret sig fremragende. :-)

Hans teori er en stor bedrift, men de facto ikke eviggyldig...

-

Det her lyder bizart - bortforklar lige disse eksperimenter, men det kunne måske forklare emDrive-effekten (eller ej):

January 21, 2015, A Way To Self-Propel Subatomic Particles Without External Forces:
http://scitechdaily.com/way-self-propel-su...
Citat: "...
Some physical principles have been considered immutable since the time of Isaac Newton: Light always travels in straight lines. No physical object can change its speed unless some outside force acts on it.
...
Now, in a new variation on the methods used to bend light, physicists at MIT and Israel’s Technion have found that subatomic particles can be induced to speed up all by themselves, almost to the speed of light, without the application of any external forces.
...
The new findings are based on a novel set of solutions for a set of basic quantum-physics principles called the Dirac equations; these describe the relativistic behavior of fundamental particles, such as electrons, in terms of a wave structure. (In quantum mechanics, waves and particles are considered to be two aspects of the same physical phenomena). By manipulating the wave structure, the team found, it should be possible to cause electrons to behave in unusual and counterintuitive ways.
...
It turns out that this self-acceleration does not actually violate any physical laws — such as the conservation of momentum — because at the same time the particle is accelerating, it is also spreading out spatially in the opposite direction.
[]
“The electron’s wave packet is not just accelerating, it’s also expanding,” Kaminer says, “so there is some part of it that compensates. It’s referred to as the tail of the wave packet, and it will go backward, so the total momentum will be conserved. There is another part of the wave packet that is paying the price for the main part’s acceleration.”
It turns out, according to further analysis, that this self-acceleration produces effects that are associated with relativity theory: It is a variation on the dilation of time and contraction of space, effects predicted by Albert Einstein to take place when objects move close to the speed of light. An example of this is Einstein’s famous twin paradox, in which a twin who travels at high speed in a rocket ages more slowly than another twin who remains on Earth.
..."

-

January 26, 2015, Physicists Slow Down the Speed of Light.
By applying a mask to an optical beam to give photons a spatial structure, physicists have demonstrated that spatially structured photons travel slower than the speed of light in free space.
http://scitechdaily.com/physicists-slow-sp...
Citat: "...
Co-lead author Jacquiline Romero said: “We’ve achieved this slowing effect with some subtle but widely-known optical principles. This finding shows unambiguously that the propagation of light can be slowed below the commonly accepted figure of 299,792,458 meters per second, even when traveling in air or vacuum.
[]
“Although we measure the effect for a single photon, it applies to bright light beams too. The effect is biggest when the lenses used to create the beam are large and when the distance over which the light is focused is small, meaning the effect only applies at short range.”
Professor Padgett added: “It might seem surprising that light can be made to travel more slowly like this, but the effect has a solid theoretical foundation and we’re confident that our observations are correct.
..."

  • 0
  • 1