Den 14. september 2015 kl. 11.50 passerte en gravitasjonsbølge gjennom jorden og ble detektert av to nystartede LIGO-observatorier i USA. Med det ble enda en prediksjon fra Einstein relativitetsteorier bekreftet.
Bølgen kom fra en kollisjon mellom to sorte hull for 1300 millioner år siden.
Jeg snakker med professor Øyvind Grøn om hva bølger, og da spesielt gravitasjonsbølger, er og hvordan måling av slike nå er blitt et nytt vindu til universet i tillegg til teleskoper.
Øyvind har vært gjest i Vett og vitenskap flere ganger før. I podcast #26 og podcast #27 snakket vi om Einsteins relativitetsteorier og resten av fysikken hans, og i podcast #46 snakket vi om sorte hull.
Episoden er spilt inn i 17. november 2022 og varer i 1 time og 16 minutter.
7 replies on “#66: Om gravitasjonsbølger – med Øyvind Grøn”
Om gravitasjonsbølger er endringer i rommet, hvordan kan det ha seg at laseren som brukes som målestokk i interferometeret ikke blir påvirket på samme måte som måleapparatet?
Hei Christian!
Du har rett i at alt påvirkes av gravitasjonsbølgene, men det er virkningen av gravitasjonsbølgene på rommet mellom speilene som har praktisk betydning.
Der er avstanden stor nok til at krumningsendringen av rommet har noe å si for måleresultatet. Selve laseren har så liten utstrekning at dens deformasjon når gravitasjonsbølgen passerer, ikke ikke påvirker måleresultatet merkbart.
Beste hilsen
Øyvind
Men man kunne jo tenkt seg at de elektromagnetisk bølgene som laserlyset består av, strakk seg/krympet tilsvarende endringer i rommet pga. gravitasjonsbølgen slik at måleeffekten ble null. Eller?
Hei Gaute!
Ja, ut fra tolkningen av den kosmiske rødforskyvningen, der rommets ekspansjon strekker de elektromagnetiske bølgene underveis fra senderen til observatøren, er det nettopp dette som skjer. Men det betyr ikke at effekten av gravitasjonsbølgene ‘nulles ut’. Når bølgelengdens endres, så endres også frekvensen,
og når det er ulik frekvensendring i de to armene av den L-formede detektoren, viser beregningene at det blir en faseforskyvning som er forskjellig i de to armene, slik at interferensmønsteret når bølgene har beveget seg frem og tilbake mange ganger i de to armene mens en gravitasjonsbølge passerer detektoren, og så møtes igjen, får en observerbar endring akkurat når gravitasjonsbølgen passerer. (Jeg prøvde å kopiere inn en figur som viser signalet, men fikke ikke noen respons i boksen her.)
Beste hilsen
Øyvind
Takker 🙂 (Posting av bilder er antageligvis ikke mulig her …)
Øyvind, du opplyste at den første gravitasjonsbølgen LIGO fanget opp skyldtes kollisjonen mellom to svarte hull, hver med masse omtrent 30 ganger solens. Og at avstanden (og tiden) det skjedde var vel 1 milliard lysår.
1: Hvordan kan vi vite noe om avstanden til hendelsen? Vi har vel ingen avstandsmarkører slik vi har for elektromagnetiske bølger? Ikke noe rødskift?
2: Du sa at i kollisjonsøyeblikket strålte paret ut en energi tilsvarende 50 ganger hva alle stjernene i det synlige universet gjorde på samme tid.
Hvorfor er det så ekstremt vanskelig å detektere gravitasjonsbølgene selv fra en så fantastisk energirik hendelse?
Vi har ingen vansker med å måle elektromagnetiske fenomen på langt større avstand.
Har dette noe med teorien du touchet innom der man bruker et fem-dimensjonalt rom for å forstå vekselvirkningene?
3: Om kollisjonen mellom to middels store svarte hull resulterer i et slikt voldsomt glimt av gravitasjonsbølger må det resulterende svarte hullet få en masse betydelig mindre enn summen av de tom som inngår, hvor mye masse omsettes til gravitasjonsbølger?
1: Hvordan kan vi vite noe om avstanden til hendelsen? Vi har vel ingen avstandsmarkører slik vi har for elektromagnetiske bølger? Ikke noe rødskift?
Referanse: Physical Review Letters: 116, 061102 (2016).
The source lies at a luminosity distance of 410 Mpc (Mpc er megaparsec, dvs. million parsec. En parsec er 3,36 lysår, så 400 Mpc er 1,3 milliarder lysår) corresponding to a redshift z = 0.09. In the source frame, the initial black hole masses are 36M⊙ and 29M⊙, and the final black hole mass is 62M⊙, with 3.0M⊙c2 radiated in gravitational waves.
Referanse: Physical Review Letters 116, 241102 (2016).
The GW amplitude AGW, scales inversely with the luminosity distance, AGW ∝ 1/DL , and hence from the GW signal alone we can directly measure the luminosity distance. Dette er alt jeg finner om å bestemme avstanden til kilden.
2: Du sa at i kollisjonsøyeblikket strålte paret ut en energi tilsvarende 50 ganger hva alle stjernene i det synlige universet gjorde på samme tid.
Hvorfor er det så ekstremt vanskelig å detektere gravitasjonsbølgene selv fra en så fantastisk energirik hendelse?
Vi har ingen vansker med å måle elektromagnetiske fenomen på langt større avstand.
Har dette noe med teorien du touchet innom der man bruker et fem-dimensjonalt rom for å forstå vekselvirkningene?
Det dreier seg først og fremst om at gravitasjon er enormt mye svakere enn elektromagnetisme. Så selv med stor energi er det vanskelig å lage antenner som kan registrere gravitasjonsbølger. De har en veldig svak påvirkning på det de passerer. Dessuten at avstanden er stor slik at den utsendte energien brer seg ut på en kjempestor kuleflate.
3: Om kollisjonen mellom to middels store svarte hull resulterer i et slikt voldsomt glimt av gravitasjonsbølger må det resulterende svarte hullet få en masse betydelig mindre enn summen av de tom som inngår, hvor mye masse omsettes til gravitasjonsbølger?
Referanse: Physical Review Letters 116, 221101 (2016). Her dreier det seg om den første detekterte gravitasjonsbølgen, GW 150914, dannet fra kollisjon av to svarte hull.
Assuming that general relativity (GR) is the correct description for GW150914, detailed follow-up analyses determined the (detector-frame) component masses of the binary system to be 39 M⊙ and 32M⊙. Summen av disse massene er 71 solmasser. The final mass is determined to be 68M⊙. Så energien sendt ut i form av gravitasjonsbølger svarte her omtrent til energien i 3 solmasser. Tallene her er litt forskjellige fra i referansen ovenfor, men begge har beregnet at en energi svarende til 3 solmasser ble sendt ut i form av gravitasjonsbølger.