Astrofysikern som söker krusningar i tid och rum på ett nytt sätt

 

Bild https://www.colorado.edu  Illustratörs skildring av supermassiva svarta hål som genererar universums gravitationsvågsbakgrund. (Credit: Olena Shmahalo för NANOGrav)

Astrofysikern Jeremy Darling vid University of Colorado Boulder söker ett nytt sätt att mäta universums gravitationsvågor, flödet av vågor som rör sig genom kosmos och förvränger själva strukturen av rum och tid. För att förstå hur sådana vågor fungerar kan man föreställa sig jorden som en liten boj som guppar i ett stormigt hav.

Darling beskriver att genom universums historia har oräkneliga supermassiva svarta hål ägnat sig åt en flyktig dans: Dessa giganter snurrar runt varandra snabbare och snabbare tills de kraschar in i varandra. Forskare misstänker att de resulterande kollisionerna är så kraftfulla att de ger krusningar av gravitationsvågor som sprider sig ut i universum.

I sin senaste studie fick astrofysikern hjälp av en annan klass av himlakroppar: kvasarer ljusstarka, supermassiva svarta hål som finns i mitten av en del galaxer. 

Darling söker efter signaler från gravitationsvågor orsakade av kvasarer genom att exakt mäta hur kvasarer rör sig. Han har inte upptäckt dessa signaler ännu, men det kan ändras när mer data blir tillgängligt och. Detta då han kan få lite hjälp i den jakten 2026 Gaia-teamet då planerar att släppa ytterligare fem och ett halvt års observationer av kvasarer, vilket ger en ny mängd data som kan avslöja hemligheterna bakom universums gravitationsvågor. 

"Gravitationsvågor verkar i tre dimensioner", beskriver Darling. "De sträcker ut och pressar rumtiden längs vår siktlinje, men de får också föremål att se ut att röra sig fram och tillbaka på himlen." Forskningen går in på djupet i den ökänt knepiga uppgiften att studera hur himlakroppar rör sig, ett område som kallas astrometri. 

Forskningens resultat publicerades i The Astrophysical Journal Letters.

Forskningsresultatet kan i framtiden bidra till att lösa några av universums djupaste mysterier, inklusive hur gravitationen fungerar på den mest grundläggande nivån.

Här dansar två neutronstjärnor vars slut kommer att bli en mätbar krusning i rumtiden.

I en galax 920 miljoner ljusår från oss har astronomer upptäckt hur en stjärna exploderade som en supernova (för förståelse av vad en supernova är följ länken). Den kollapsade till en extremt kompakt stjärna som kallas för neutronstjärna.  En händelse som denna borde resultera i en smäll så kraftig att hela universum skulle skaka. OBS det innebär inte att vi människor skulle känna det utan enbart en mätbar effekt skulle uppstå och synas. 


Kollapsen resulterade till en extremt kompakt stjärna en så kallad neutronstjärna.


Men det var någonting som inte stämde i beräkningen och väntan blev förgäves. Explosionen blev inte så intensiv som supernovor brukar vara. En knappt mätbar effekt blev resultatet och den starka ljuseffekt som väntats falnande snart.


– Det är ett bevis för att stjärnan hade blivit av med stor del av sitt gasfyllda hölje före explosionen, säger Jesper Sollerman astronom vid Stockholms universitet. Han har varit med och studerat den här märkliga supernovaexplosionen.


Astronomer drar nu slutsatsen att stjärnan en längre tid har varit fångad i en nära dans med en neutronstjärna (för förståelse av vad en neutronstjärna är följ länken) som under lång tid har ryckt bort stora delar av stjärnans enorma gashölje. Av den forna lysande stjärnan återstod endast den inre kärnan vid explosionen. Därför blev den supernovaexplosion som inträffade inte lika ljusstark som supernovor brukar bli. 


Det unika nu är att astronomer nu istället fått se födelsen av ett dubbelstjärnsystem bestående av två neutronstjärnor. Den stjärna som exploderade blev en kompakt neutronstjärna och dess följeslagare som dragit bort dess gashölje är redan en neutronstjärna.  Dessa två neutronstjärnors framtid innebär däremot en kollision mellan dem.


En kollision då de här neutronstjärnorna till slut smälter samman med resultatet att det blir ett skalv så stort att det skapar krusningar i själva rumtiden. Dessa krusningar kan numera astronomer fånga upp i form av gravitationsvågor något som bara för några år sedan var omöjligt.


Rumtid  kan förklaras som en matematisk modell vilken kombinerar rummet (bredd, höjd och djup) och tid till ett enda sammanvävt kontinuum. I sin enklaste form utgår rumtiden från ett euklidiskt rum där det finns tre rumsdimensioner och till detta läggs tiden till som en fjärde dimension. Tillsammans bildar detta en mångfald som är känd som Minkowskirummet. En punkt i denna fyrdimensionella rumtid kallas för en händelse.  (för än mer förståelse av vad rumtidbegreppet innebär följ länken).


Bilden visar resterna efter en annan supernova än ovan. Keplers supernova.