Mustat aukot törmäsivät – tutkijat havaitsivat gravitaatioaaltoja toisen kerran

Toisen tapahtuman osallistujat olivat ensimmäiseen verrattuna suoranaisia höyhensarjalaisia.

musta aukko
Teksti
Marko Hamilo
Julkaistu yli kolme vuotta sitten

Viime helmikuussa Washingtonissa kansainvälinen tutkijaryhmä paljasti lehdistötilaisuudessa, että heidän LIGO-ilmaisimensa oli vihdoin suoraan havainnut gravitaatioaaltoja, jotka Einstein oli ennustanut jo sata vuotta aikaisemmin. Havainnot oli tehty jo viime vuoden syyskuussa, mutta analyysi ja havaintojen varmistaminen otti oman aikansa.

Tutkijat eivät helmikuussa voineet kertoa, että heillä oli jo käynnissä toisenkin kiinnostavan havainnon analyysi. Nyt sekin on varmistunut oikeaksi. Gravitaatioaaltoja havaittiin toisen kerran viime tapaninpäivänä.

Gravitaatioaaltoja tunnistavat LIGO-ilmaisimet Livingstonissa Lousianassa ja Hanfordissa Washingtonin osavaltiossa havaitsivat gravitaatioaaltotapahtuman. Kaksi toisistaan riippumatonta laitetta tarvitaan, jotta voidaan varmistua siitä, että lupaavalta vaikuttavat havainnot eivät ole jonkin paikallisen häiriötekijän aiheuttamia. Gravitaatioaallot etenevät valon nopeudella, joten todellisen tapahtuman aiheuttamat aallot havaitaan eri puolilla Yhdysvaltoja muutaman millisekunnin aikaikkunassa.

Gravitaatioaallot kuljettavat mukanaan informaatiota ne synnyttäneestä tapahtumasta. Tutkijat päättelivät, että tapahtuma oli tälläkin kertaa kahden mustan aukon yhteentörmäys ja sulautuminen.

Ensimmäisellä kerralla LIGO havaitsi viime syyskuun 14. päivänä 36 ja 29 kertaa oman aurinkomme massaisten mustien aukkojen sulautumisen. Toinen havainto osoitti, että laitteisto kykenee näkemään myös kevyempien kappaleiden yhteentörmäyksiä.

Toisen tapahtuman osallistujat olivat ensimmäiseen verrattuna suoranaisia höyhensarjalaisia. Mustat aukot olivat massaltaan 14 ja 8 kertaa aurinkoamme raskaampia. Niiden yhteentörmäys synnytti yhden suuremman, pyörivän mustan aukon, joka on 21 kertaa aurinkoamme raskaampi. Yhden auringon verran massaa muuttui energiaksi, joka painovoima-aaltojen muodossa lähti liikkeelle kaikkialle kosmokseen, myös kahteen laboratorioon Yhdysvalloissa.

“On satumaista, että aaltomuotomallimme on saanut vedettyä kohinan keskeltä näin heikon mutta uskomattoman arvokkaan aaltosignaalin”, sanoi Marylandin yliopiston fysiikan professori Alessandra Buonanno.

Buonanno on johtanut hanketta, jossa on kehitetty erittäin tarkkoja gravitaatioaaltomalleja siitä, millaisia gravitaatioaaltoja syntyy, kun mustat aukot kiertävät toisiaan valtavalla nopeudella juuri ennen yhteentörmäystä.

Tapahtuma vastasi täydellisesti teoreettisia ennusteita siitä, miten kaksi mustaa aukkoa kiertää toisiaan kymmeniä kertoja ennen yhteensulautumista.

“On huomattavaa, että pystyimme myös päättelemään että ainakin toinen kahdesta mustasta aukosta myös pyöri itsensä ympäri”, Buonanno sanoi.

Sulautuminen tapahtui noin 1,4 miljardia vuotta sitten. Havaittu signaali tuli aukkojen 27 viimeisestä kierroksesta toistensa ympäri ennen lopullista sulautumista. Signaali saapui Lousianaan 1,1 millisekuntia ennen kuin se saapui Washingtoniin. Sen perusteella on mahdollista tehdä karkea arvio siitä, mistä suunnasta signaali tuli.

“On hyvin merkittävää, että nämä mustat aukot olivat paljon vähemmän massiivisia kuin ensimmäisellä keralla havaitut”, sanoi Lousianan osavaltionyliopiston fysiikan professori Gabriela Gonzalez.

“Koska niillä oli pienempi massa kuin ensimmäisellä kerralla, ne käyttivät enemmän aikaa – noin sekunnin – ilmaisimien herkällä kaistalla. Se on lupaava alku kartoittaa mustien aukkojen populaatioita maailmankaikkeudessamme.”

Marylandin yliopiston apulaisprofessorin Peter Shawhanin mukaan oli heti selvää, että uusi havainto oli todellinen.

“Joulukuussa olimme varmoja, että ensimmäinen tapahtuma oli aito, ja meillä oli varsin kypsä luonnos artikkelista, joka lopulta julkaistiin helmikuussa. Mutta oli erittäin mieluista tietää jo silloin, että meillä jo oli toinen tapahtuma käsissämme.”

LIGO alkaa kerätä dataa uudestaan ensi syksynä. Silloin tutkijat odottavat ilmaisimien herkkyyttä lisäävien uusien parannuksien auttavan laitteita näkemään 1,5-2 kertaa suuremman määrän avaruutta verrattuna ensimmäiseen ajoon, joka tuotti jo kaksi merkittävää löytöä.

Italian Pisassa sijaitsevan Virgo-ilmaisimen uskotaan ehtivän etsintöihin mukaan LIGO-hankkeen toisen havainnointikierroksen loppupuolella. Virgo parantaa fyysikoiden mahdollisuuksia paikallistaa kunkin uuden tapahtuman lähde millisekuntien eroista signaalien saapumisessa. Kolmas laite antaa ikään kuin mahdollisuuden havaintojen kolmiomittaukseen.

Tutkimusartikkeli on hyväksytty julkaistavaksi Physical Review Letters -lehdessä.