I februar 2016 lavede forskere, der arbejdede ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), da de annoncerede den første nogensinde påvisning af gravitationsbølger. Siden den tid er studiet af tyngdepunktbølger fremskredet markant og åbnet nye muligheder for studiet af universet og de love, der styrer det.
For eksempel viste et team fra University of Frankurt am Main for nylig, hvordan gravitationsbølger kunne bruges til at bestemme, hvordan massive neutronstjerner kan komme inden kollaps i sorte huller. Dette har været et mysterium, siden neutronstjerner først blev opdaget i 1960'erne. Og med en nu fastlagt øvre massegrænse, vil forskere være i stand til at udvikle en bedre forståelse af, hvordan stof opfører sig under ekstreme forhold.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund for nylig, blev vist i det videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal Letters under titlen ”Brug af tyngdepunktbølgeobservationer og kvasi-universelle forhold til at begrænse den maksimale masse af neutronstjerner”. Undersøgelsen blev ledet af Luciano Rezzolla, formand for teoretisk astrofysik og direktør for Institut for Teoretisk Fysik ved Universitetet i Frankfurt med hjælp fra hans studerende, Elias Most og Lukas Wei.
Af hensyn til deres undersøgelse overvejede teamet nylige observationer foretaget af gravitationsbølgebegivenheden kendt som GW170817. Denne begivenhed, der fandt sted den 17. august, 2017, var den sjette tyngdepunktbølge, der blev opdaget af Laser Interferometer Gravitations-Wave Observatory (LIGO) og Virgo Observatory. I modsætning til tidligere begivenheder var denne ene unik, idet den så ud til at være forårsaget af kollision og eksplosion af to neutronstjerner.
Og mens andre begivenheder fandt sted i afstande på omkring en milliard lysår, fandt GW170817 kun 130 millioner lysår fra Jorden, hvilket muliggjorde hurtig påvisning og forskning. Baseret på modellering, der blev foretaget måneder efter begivenheden (og ved hjælp af data, der er opnået af Chandra X-ray Observatory), syntes kollisionen at have efterladt et sort hul som en rest.
Holdet vedtog også en ”universal relations” -tilgang til deres undersøgelse, som blev udviklet af forskere ved Frankfurt University for et par år siden. Denne fremgangsmåde indebærer, at alle neutronstjerner har lignende egenskaber, som kan udtrykkes i form af dimensionelle mængder. Kombineret med GW-dataene konkluderede de, at den maksimale masse af ikke-roterende neutronstjerner ikke kan overstige 2,16 solmasser.
Som professor Rezzolla forklarede i et pressemeddelelse fra et universitet i Frankfurt:
”Det fine ved teoretisk forskning er, at det kan give forudsigelser. Teori har imidlertid desperat brug for eksperimenter for at indsnævre nogle af dens usikkerheder. Det er derfor ganske bemærkelsesværdigt, at observationen af en enkelt binær neutronstjernefusion, der opstod millioner af lysår væk kombineret med de universelle relationer, der blev opdaget gennem vores teoretiske arbejde, har gjort det muligt for os at løse en gåte, der har set så meget spekulation i fortiden. ”
Denne undersøgelse er et godt eksempel på, hvordan teoretisk og eksperimentel forskning kan falde sammen for at producere bedre modeller forudsigelser af annoncer. Få dage efter offentliggørelsen af deres undersøgelse bekræftede forskningsgrupper fra USA og Japan uafhængigt resultaterne. Lige så markant bekræftede disse forskerteam undersøgelsesresultaterne ved hjælp af forskellige tilgange og teknikker.
I fremtiden forventes gravitationsbølge-astronomi at observere mange flere begivenheder. Og med forbedrede metoder og mere præcise modeller til rådighed, vil astronomer sandsynligvis lære endnu mere om de mest mystiske og magtfulde kræfter, der arbejder i vores univers.
