Hyppää pääsisältöön

Kun mustat aukot törmäävät toisiinsa, koko avaruus tärisee
(ja sinä myös)

Mystiset gravitaatioaallot avaavat täysin uuden ikkunan maailmankaikkeuden tutkimiseen

Luhistuvat tähdet, toisiinsa törmäävät mustat aukot ja maailmankaikkeuden alkuräjähdys – kaikki avaruuden rajuimmat ilmiöt synnyttävät gravitaatioaaltoja.

Kuuntele Tiedeykkönen, ja uppoudu aaltoilevaan avaruuteen.

Tässä pikakurssi aiheeseen.

Kaikki alkaa Albert Einsteinin suhtellisuusteoriasta: aine vaikuttaa avaruuteen ja avaruus vaikuttaa aineeseen.

Itse asiassa avaruus on kuin hyytelöä, jossa on kaikenlaista kamaa, kuten tähtiä ja planeettoja.

Kun hyytelöä täräyttää, se alkaa tutista, ja sen sisällä olevat kappaleet tärisevät.

Ja toisinpäin: kappaleet voivat myös täräyttää hyytelöä.

Gravitaatioaallot ovat näitä täräyttämisestä syntyviä, aaltomaisesti eteneviä häiriöitä tässä avaruushyytelössä.

Niitä syntyy, kun esimerkiksi kaksi massiivista kohdetta törmää toisiinsa.

Avaruus tutisee koko ajan, ja gravitaatioaaltoja syntyy kaikkialla ja jatkuvasti. Pientä tärinää emme pysty havaitsemaan.

Toistaiseksi pystymme mittaamaan vain kaikkein järeimpiä jysäyksiä. Sellaisia ovat esimerkiksi kuvan tapaukset, missä kaksi kaasukiehkuroiden keskellä huimasti kieppuvaa mustaa aukkoa törmäävät toisiinsa.

Ihmisen kannalta tästäkin syntyvä tärähdys on äärimmäisen heikko.

Amerikkalainen fyysikko Joseph Weber yritti 1960-luvulla saada merkkejä gravitaatioaalloista ”resonaattorillaan”. Hän rakensi suuren alumiinisylinterin, jonka oli määrä alkaa soida ohimenevän aallon vaikutuksesta.

Se ei onnistunut.

Ensimmäinen varma havainto gravitaatioaalloista tehtiin vasta melko hiljattain: syyskuun 14. päivänä 2015 kahdella LIGO-systeemiin kuuluvalla havainnointilaitteella.

Lähes samanaikaiset havainnot eri puolilla Yhdysvaltoja varmistivat sen, että kyseessä ei ollut häiriö tai joku yksittäinen maanpäällinen jysäys.

Havainto on hieman maanjäristyskäyrältä näyttävä viiva. Itse asiassa se olikin sellainen: se näytti millä tavalla gravitaatioaalto on täristänyt havaintolaitetta.

LIGOssa on kaksi noin neljä kilometriä pitkää putkea, joiden sisällä kulkevan lasersäteen muutoksia havaitaan erittäin tarkasti. Muutos säteen kulkemassa matkassa kertoo ohi kulkeneesta gravitaatioaallosta, ja voidaan ilmaista ”tärinäkäyränä”.

Laitteistot ovat ns. interferometrejä. Kaksi 90 asteen kulmassa toisiinsa kulkevaa lasersädettä yhdistetään ja niiden interferenssikuviot kertovat säteen kulkeman matkan muutoksesta.

Maapallon ohi kulkeva gravitaatioaalto voidaan havaita ja tunnistaa eri puolilla planeettamme. Havaintohetkessä olevan pienen eron avulla voidaan laskea suunta, mistä aalto on peräisin. Muutamissa tapauksissa aallon synnyttäjä on pystytty myös näkemään kaukoputkilla.

Myös Euroopassa on gravitaatioaalto-observatorio, Virgo. Se toimii yhdessä amerikkalaisten LIGO-havaintolaitteiden kanssa.

Tässä toinen Virgon kahdesta neljä kilometriä pitkästä putkesta, jonka sisällä kulkee lasersäde.

Käytössä ja suunnitteilla on muitakin uusia havaintolaitteita. Kokonaan uusi tähtitieteen havaintoala on syntymässä.

Gravitaatioaaltojen tutkimisen tuoreudesta kertoo eräs kömmähdys.

9. lokakuuta 2022 havaittiin valtava räjähdys, suurin ja voimakkain koskaan. Kyse oli 2,4 miljardin valovuoden päässä tapahtuneesta tähden luhistumisesta mustaksi aukoksi.

Gravitaatioaaltoja ei tästä räjähdyksestä kuitenkaan saatu talteen. Kaikki havaintolaitteet olivat nimittäin tuolloin pois päältä; niitä oltiin päivittämässä.

Räjähdys havaittiin myös teleskoopeilla: tämän kuvan otti XMM-Newton -röntgensatelliitti.

Gravitaatioaaltoja voidaan simuloida yhä paremmin ja paremmin. Simulaatioiden perusteella voidaan hahmotella myös erittäin eksoottisia kohteita.

Mustia aukkoja, neutronitähtiä, valtavia supernovia ja uusia, vielä tuntemattomia kohteita.

Gravitaatioaallot paljastavat meille jatkuvasti yhä lisää maailmankaikkeuden oudoista ilmiöistä.

Tähtitieteilijöiden haaveena on havaita gravitaatioaaltoja lähes maailmankaikkeuden alusta. Ajalta, mistä ei voi olla mitään muuta tietoa.

Tiedeykkösessä gravitaatioaalloista kertoo niitä tutkiva akatemiaprofessori Kari Rummukainen Helsingin yliopistosta.

Lisäksi mukana on VIRGO-havaintolaitteen ranskalaistyöryhmän vetäjä Matteo Barsuglia. Hän kertoo miltä tuntuu metsästää gravitaatioaaltoja.