Gravitaatioaallot: Huhut leviävät fyysikkopiireissä – sittenkin totta?

Einsteinin sata vuotta sitten ennustamasta ilmiöstä ehkä ensimmäinen suora havainto.

Albert Einstein
Teksti
Marko Hamilo

Tämä on ilmaisnäyte SK:n maksullisesta sisällöstä

Tiedemaailmassa liikkuu huhu, jonka mukaan gravitaatioaaltoja olisi vihdoin havaittu. Jos havainto vahvistetaan myöhemmin tänä vuonna, vuosisadan ympyrä sulkeutuu.

Mutta yhtä hyvin voi olla, että kyse on taas uudesta gravitaatioaalloilla uivasta uutisankasta.

Albert Einstein julkaisi tasan 100 vuotta sitten yleisen suhteellisuusteoriansa. Se on yksi tieteenhistorian merkittävimmistä teorioista, ja sen ennusteet ovat toteutuneet kerta toisensa jälkeen.

Suhteellisuusteoria eroaa Isaac Newtonin ajan fysiikasta eli klassisesta mekaniikasta monen muun asian lisäksi siinä, että se ennustaa niin sanotun gravitaatiosäteilyn eli gravitaatioaallot, jotka syntyvät kun massa on kiihtyvässä liikkeessä.

Einsteinin teorian mukaan nämä painovoimaa välittävät aallot etenevät valon nopeudella, kun Newtonin klassisessa mekaniikassa painovoiman vaikutus oli viiveetön.

Gravitaatioaaltoja syntyy esimerkiksi kahden taivaankappaleen pyöriessä yhteisen massakeskipisteensä ympäri. Aaltojen mukana kulkee myös pieniä määriä energiaa.

Energiaa siirtyy kuitenkin niin tavattoman vähän, että gravitaatioaaltojen havaitseminen millään mittalaitteella tai koejärjestelyllä on osoittautunut hyvin vaikeaksi.

Esimerkiksi Maan ja Auringon liikkeistä syntyvän gravitaatiosäteilyn teho on Einsteinin teorian mukaan noin 200 wattia. Auringon säteilyteho on yli 10 potenssiin 24 kertaa tätä suurempi.

Teoriassa gravitaatiosäteilyssä avaruuteen ympäriinsä menetetty energia voisi johtaa myös siihen, että Maa putoaisi Aurinkoon. Säteily on kuitenkin niin heikkoa, että siihen kuluisi kymmenen biljoonaa kertaa nykyisen maailmankaikkeuden ikä.

 

Vaikka fyysikot eivät kyseenalaista gravitaatioaaltojen olemassaoloa, niistä ei ole tehty yhtään suoraa havaintoa – koska gravitaatio on muihin voimiin verrattuna heikko, sen havaitseminen on äärimmäisen vaikeaa.

Epäsuoria todisteita on kuitenkin saatu kaksoispulsareista eli kahden neutronitähden järjestelmän käyttäytymisestä.

Vuonna 1974 fyysikot Russell Alan Hulse ja Joseph Hooton Taylor Jr. havaitsivat erään kaksoispulsarin lähettämän säteilyn vaihtelusta systeemin menettävän energiaansa täsmälleen saman verran kuin suhteellisuusteorian mukaan tällaisen kaksoistähden pitäisi lähettää gravitaatioaaltoja. Hulse ja Taylor palkittiin Nobelin fysiikanpalkinnolla vuonna 1993.

Kaksi vuotta sitten ehdittiin nuolaista ennen kuin tipahtaa. Etelänavalla sijaitsevalla radioteleskoopilla uskottiin havaitun suorempia jälkiä gravitaatioaalloista.

Havainto olisi ollut erityisen merkittävä siksi, että se samalla toisi lisävahvistusta teorialle niin sanotusta kosmisesta inflaatiosta.

Inflaatiolla tarkoitetaan maailmankaikkeuden valoa nopeampaa laajenemista sekunnin biljoonasosasekunnin murto-osassa alkuräjähdyksen jälkeen.

Muutamaa kuukautta myöhemmin kävi kuitenkin ilmi, että löydön saama maailmanlaajuinen mediahuomio oli ennenaikaista. Analyysi osoittautui tähtipölyn aiheuttamaksi virhetulkinnaksi.

 

Tällä vuosisadalla gravitaatioaaltoja on metsästetty ennen kaikkea yhdysvaltalaisilla Ligo-havaintolaitteilla. L-kirjaimen muotoisessa rakennelmassa on kaksi neljän kilometrin mittaista tyhjiöputkea, joissa kulkee lasersäde.

Teorian mukaan Maan läpi valon nopeudella kulkevan gravitaatioaallon pitäisi johtaa siihen, että toinen sivu lyhenee ja toinen pitenee, jolloin ne osuisivat hieman eriaikaisesti risteyskohdan ilmaisimeen. Neljäkin kilometriä on kuitenkin kovin vähän, jotta signaalin erottaisi kohinasta.

Ligo-ohjelma ei vuosina 2002–2010 saanut tuloksia aikaan.

Ligo-laitteistoa kuitenkin kehitettiin kymmenen kertaa herkemmäksi, ja viime vuosien yritykset näyttäisivät nyt johtaneen tuloksiin – tai sitten ei. Jo syyskuussa 2015 Arizonan yliopiston tunnettu fyysikko ja kosmologi Lawrence Krauss tviittasi, että signaali gravitaatioaalloista olisi havaittu.

Krauss itsekin esitti, että hänen julkaisemansa huhu olisi paikkansapitävä vain 10–15 prosentin todennäköisyydellä. Hän ei myöskään väittänyt saaneensa tietoa suoraan Ligo-tutkijaryhmän jäseniltä.

Lisäksi kyse voi olla harjoituksesta. Ligon data-analyytikkotiimiä treenataan väärillä signaaleilla, joita analysoitavaan aineistoon tahallisesti syötetään.

Vain kolme ihmistä maailmassa tietää totuuden, eikä sitä paljasteta ennen kuin ryhmä on valmis julkaisemaan artikkelin tiedelehdessä ja pitämään lehdistötilaisuuden.

 

Tammikuussa 2016 Krauss tviittasi samat huhupuheet uudestaan, ja viesti levisi tiedeyhteisön ohella myös moniin maailman sanomalehtiin ja muihin yleismedioihin.

Uudessa tviitissään Krauss hehkutti, että nyt huhulle on jo vahvistus: ”Riippumattomat lähteet ovat vahvistaneet aiemman huhuni Ligosta. Pysykää kanavalla! Gravitaatioaallot on ehkä löydetty!! Jännittävää.”

Louisianan osavaltionyliopiston fyysikko Gabriela Gonzalez toimii Ligon tiedottajana. Hän kertoi Science-lehden toimittajalle olleensa pettynyt siitä, että Krauss ei taaskaan kysynyt mitään häneltä tai keneltäkään Ligon johdossa.

Gonzalesin mukaan datan kerääminen ja analyysi on yhä aivan kesken.

”Saatte kyllä tietää sitten kun meillä on uutisia jaettavaksi”, Gonzales sanoi Science-lehden toimittajalle.