Amalie Keren Maarbjerg: Neutronstjerners sammenstød danner tyngdebølger

Amalie Keren Maarbjerg 16.10.2017

FORSKNING – Da tyngdebølger fra neutronstjerner blev observeret i 2015, blev de kaldt århundredets opdagelse. Amalie Keren Maarbjerg skriver om forskningens nye gennembrud og det endelige bevis for, at metaller som guld og platin rent faktisk formes i neutronstjerners kollisioner. Dermed indledes et nyt kapitel i astrofysikken.

Det var mildest talt en sensation, da videnskabsfolk i 2015 for første gang nogensinde observerede de tyngdebølger, der var en del af Einsteins teorier om rum og tyngdekraft. Bølgerne, man fik i kikkerten dengang, stammede fra et sammenstød mellem to sorte huller, der fandt sted for ikke mindre end 1,3 milliarder år siden.

Nu er der sket endnu et gennembrud: I august i år lykkedes det nemlig for første gang nogensinde at observere tyngdebølger fra neutronstjerner, og i samme ombæring kunne forskerne konkludere at tunge metaller som f.eks. guld også formes i denne proces. Men ikke nok med det: I processen har man desuden for første gang detekteret lys i forbindelse med dannelsen af tyngdebølger.

Et 130 millioner år gammelt ekko

Den 17. august kl. 08.41 om morgenen observerede fysiker David Reize og hans kolleger noget bemærkelsesværdigt: ”Signalet var meget anderledes end dét fra de sorte huller. Det var meget længere, og da vi analyserede, fandt vi frem til, at det måtte komme fra en neutronstjerne. At neutronstjerner kan støde sammen, har man vidst i årtier, men det utrolige var, at vi nu kunne observere lys hen over hele det elektromagnetiske spektrum,” fortæller Reize, fysiker og talsmand for LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), på pressekonferencen på National Space Institute i USA.

Tusindvis af astronomer har deltaget i arbejdet med at spore bølgerne, og dele af målingerne er foretaget i Danmark af forskere ved Niels Bohr Instituttet

Sammenstødet mellem de to neutronstjerner skete 130 millioner lysår fra jorden i en galakse langt væk og blev opsporet via såkaldte LIGO-interferometer – et særligt følsomt apparat der kan måle de sammentrækninger og udstrækninger, der opstår i rummet, når en tyngdebølge passerer Jorden. Tusindvis af astronomer har deltaget i arbejdet med at spore bølgerne, og dele af målingerne er foretaget i Danmark af forskere ved Niels Bohr Instituttet.

Signalet vidnede om neutronstjerner

Tyngdebølger kan opstå på flere måder. Det kan bl.a. ske, når en stjerne eksploderer asymmetrisk (altså det vi kender som en supernova), hvor to store stjerner kredser om hinanden og kolliderer, eller når to sorte huller kredser om hinanden, indtil de støder sammen og bliver til ét.

Det ny-observerede signal varede imidlertid meget længere, end det man havde observeret i første omgang, og indikerede for forskerne, at der måtte være tale om noget meget lettere end sorte huller. Jo lettere det totale system, der udsender tyngdebølgerne er, jo mindre kraft kan det nemlig udsende dem med, jo længere tid er de to stjerner om at nærme sig hinanden – og jo længere tid varer signalet. Beregninger på massen efterfølgende viste da også, at der snarere end sorte huller måtte være tale om to neutronstjerner.

Når to neutronstjerner drejer rundt om hinanden, udsender de tyngdebølger, der trækker hele kredsløbet – inklusive de to stjerner – tættere sammen. Jo tættere de to stjerner kommer på hinanden, jo hurtigere er de om hver omgang, de drejer, og det er dén bevægelse, der kan oversættes til en frekvens, der kan måles: Jo hurtigere frekvensen bliver, jo mere kraft bliver der simpelthen på tyngde-bølgesignalet.

En sky med grundstoffer og ædelmetaller

Det er dog ikke gjort med det, for i forbindelse med at de to stjerner kolliderer, opstår en stor sky af rester fra de to stjerner, og i den sky dannes de tungeste grundstoffer og ædelmetaller. Der har ganske vidst været indikationer i tidligere astronomiske observationer på, at metaller kan formes i kollisionen mellem neutronstjerner, men med de nye observationer fik man det endelige bevis for, at metaller så som guld og platin rent faktisk formes i denne proces.

Nu er det altså lykkedes, og således indledes et helt nyt kapitel i astrofysikken

Kort fortalt har den nye opdagelse givet videnskaben nogle helt nye redskaber til at udforske universet med, fortæller David Reize: ”Vi kan bruge denne neutron-tyngdebølge-astronomi og kombinere den med traditionel elektromagnetisk astronomi til studierne af de store begivenheder, der udspiller sig” forklarer han, og bruger opfindelsen af talefilmen som analogi: ”Man kan sige, at lydsporet er de kolliderende neutronstjerner, og billedet er det lys, vi ser efter kollisionen.”

Noget at det, der gør tyngdebølger svære at spore, er, at de objekter, der danner dem, befinder sig så langt væk, at de er meget svage, når endelig når de frem til Jorden. Desuden er de bølger, der dannes ikke altid lige kraftige. Men nu er det altså lykkedes, og indledes et helt nyt kapitel i astrofysikken.

Sådan detekteres tyngdebølger:

Foto: Penn State, Flickr CC under licens

Amalie Keren Maarbjerg

Amalie er freelancejournalist på POV International. Hun interesserer sig for videnskab, religion og kultur og har skrevet til bl.a. Weekendavisen, Information og Kristeligt Dagblad. Amalie er født i 1986 og uddannet webdesigner og webfilminstruktør fra Kort- og Dokumentarfilmskolen i Lyngby.