390 kollisjoner i universet: slik lytter forskerne til sorte hull
Forskerne har nå fanget opp 390 kollisjoner mellom sorte hull og nøytronstjerner – den største gravitasjonsbølge-katalogen noensinne. Slik «hører» vi universet.
Da to sorte hull smelter sammen et sted langt ute i universet, sender de en skjelving gjennom selve rommet. Skjelvingen brer seg utover med lysets hastighet, og når den endelig treffer jorden, er den så svak at den flytter et instrument mindre enn bredden av et proton. Likevel klarer forskerne å fange den. Med den nyeste katalogen over slike gravitasjonsbølger har de nå registrert 390 kollisjoner – den største samlingen noensinne.
Katalogen, kalt GWTC-5, ble lagt frem tidligere i år av det internasjonale samarbeidet mellom detektorene LIGO, Virgo og KAGRA. Den rommer 161 helt nye hendelser og markerer at gravitasjonsbølge-astronomien har gått fra sjeldne sensasjoner til noe som nærmer seg rutine.
Krusninger i selve rommet
Gravitasjonsbølger er krusninger i tid og rom. Albert Einstein forutså dem allerede i 1916 som en konsekvens av den generelle relativitetsteorien, men han trodde selv de var for svake til noensinne å måles. Han tok feil. 14. september 2015 fanget LIGO-detektorene for første gang signalet fra to sorte hull som kolliderte – en oppdagelse som ga Nobelprisen i fysikk i 2017 og åpnet et helt nytt vindu mot universet.
Der vanlige teleskoper samler inn lys, «lytter» disse detektorene til rommets vibrasjoner. LIGO består av to anlegg i USA, Virgo ligger utenfor Pisa i Italia, og KAGRA er gravd inn i et fjell i Japan. Sammen danner de et globalt øre som kan trekke en enkelt kosmisk kollisjon ut av bakgrunnsstøyen.
390 kollisjoner – og stadig flere
Da de første signalene kom, var hver eneste en verdensnyhet. Nå kommer de på løpende bånd. De nye hendelsene i katalogen ble fanget opp mellom april 2024 og januar 2025, og etter en rekke oppgraderinger – og etter at Virgo ble startet opp igjen i 2024 – registrerer detektorene nå så mange som tre til fire signaler i uken. Til sammen har samarbeidet nå bekreftet rundt 390 hendelser siden 2015.
«Nær 400 gravitasjonsbølge-hendelser har ført oss inn i en ny æra med statistisk astronomi», sier Leo Tsukada, forsker ved University of Nevada, Las Vegas.
Poenget hans er viktig: med så mange hendelser kan forskerne slutte å studere kollisjoner én og én, og i stedet se etter mønstre på tvers av hundrevis av dem.
De mest spektakulære signalene
Noen hendelser skiller seg likevel ut. Signalet GW240615, fra juni 2024, ga den mest presise posisjonsbestemmelsen noensinne – forskerne klarte å peke ut kilden til et område på bare seks kvadratgrader på himmelen. Der kolliderte to sorte hull på rundt 26 og 30 ganger solens masse, mer enn tre milliarder lysår unna.
Et annet signal, GW250114 fra januar 2025, var det klareste noen gang, med to sorte hull på 32 og 34 solmasser. Og i to hendelser fra høsten 2024 fant forskerne tegn på «annengenerasjons» sorte hull – altså sorte hull som selv er dannet av tidligere sammensmeltinger. Det er som å oppdage at noen av kjempene der ute har en familiehistorie.
Hva forteller bølgene oss?
Gravitasjonsbølgene er ikke bare et skue. De er blitt et måleinstrument. Ved å bruke kollisjonene som kosmiske avstandsmerker kan forskerne regne ut hvor raskt universet utvider seg – den såkalte Hubble-konstanten – på en helt uavhengig måte.
«Ved å bruke gravitasjonsbølge-kilder får vi en uavhengig måling av Hubble-konstanten med rundt 25 prosent bedre presisjon», sier Hsin-Yu Chen, forsker ved University of Texas i Austin.
I tillegg kartlegger bølgene hvor mange sorte hull som finnes og hvor tunge de er, og de gir stadig strengere tester av Einsteins teori. Foreløpig består den hver eneste gang.
Sorte hull er ikke det eneste bølgene fanger. Detektorene registrerer også kollisjoner mellom nøytronstjerner – ekstremt tette rester av utbrente stjerner – og det var nettopp en slik kollisjon som i 2017 for første gang ble observert både som gravitasjonsbølger og som lys. Den hendelsen bekreftet at grunnstoffer som gull og platina blir til når slike stjerner smelter sammen. Bølgene knytter dermed de mest voldsomme hendelsene i kosmos direkte til stoffet vi omgir oss med på jorden. Og listen over funn vil bare vokse: nye og langt mer følsomme anlegg er under planlegging, både på bakken og ute i verdensrommet, der de skal kunne fange opp bølger fra enda fjernere og eldre kollisjoner.
Et nytt vindu mot universet
I århundrer var astronomi det samme som å samle lys. Gravitasjonsbølgene har lagt til en helt ny sans. Der lyset forteller oss hvordan universet ser ut, forteller bølgene oss hvordan det beveger seg – hvordan de tyngste tingene i kosmos kolliderer og smelter sammen. Det utfyller den utforskningen som skjer med raketter og teleskoper, fra årets store romfartsprosjekter til måten NASA bruker kunstig intelligens til å navigere på Mars.
Med 390 registrerte kollisjoner er gravitasjonsbølge-astronomien ikke lenger et løfte, men et arbeidsverktøy. Detaljene i den nye katalogen er publisert av LIGO-samarbeidet og omtalt av blant andre Simons Foundation. Neste steg er enda mer følsomme detektorer – og et univers som blir litt mindre stille for hvert år som går.
