Ny forskning setter Einstein på prøve

Professor Alex Nielsen og doktorgradskandidat Vegard Undheim har nettopp publisert et nytt sett med gravitasjonsbølgeobservasjoner. Gravitasjonsbølgesignalet kommer fra det mest massive binære systemet noen gang observert. Med andre ord, det sterkeste gravitasjonsbølgesignalet som noen gang er sett.

Det nye signalet, som har fått navnet GW230814, stammer fra en kollisjon mellom to sorte hull med masser på henholdsvis 97 og 53 ganger solens masse. Signalet er så sterkt at det gjør forskerne i stand til å utføre noen av de strengeste testene av Einsteins gravitasjonsteori noensinne.

Alex Nielsen sier at Einsteins teori ennå består testen, men denne gangen med et lite «kanskje».

Feiler Einstein?

– Einsteins gravitasjonsteori er en hjørnestein i moderne vitenskap, men som forskere ønsker vi å finne ut hvor den feiler. Våre observasjoner kommer fra kollisjonen av sorte hull. Dette er de mest voldsomme hendelsene i det kjente universet. Hvis Einsteins teori skal feile, håper jeg den feiler for disse sorte hullene, sier professor Alex Nielsen ved Universitetet i Stavanger.

I 1915 fullførte Einstein arbeidet med sin gravitasjonsteori; den generelle relativitetsteorien. Dette er en teori ikke bare for gravitasjon, men også for tid og rom. Ifølge teorien er det vi vanligvis oppfatter som et legemes bevegelse under påvirkning av tyngdekraften, den rettest mulige bevegelsen av et fritt legeme i et krumt, firedimensjonalt tidrom.

Einsteins teori forutså gravitasjonsbølger som transporterer energi fra kollisjoner av sorte hull ut i universet. Det tok 100 år før forskerne fant disse bølgene. Nå finner forskerne signaler fra gravitasjonsbølger hele tiden, det skjer rutinemessig. Men noen signaler er sterkere enn andre.

– Da jeg så signalet fra GW230814, var min første reaksjon «wow»! Dette var et signal så sterkt at vi bare måtte sjekke om det virkelig stemmer overens med det Einstein forutså, sier Nielsen.

Møysommelig arbeid

Det har tatt to år å gjøre kontrollene av observasjonene. Underveis støtte forskerne på noen uventede aspekter ved signalet, som de måtte utjevne. En annen utfordring, var at signalet kun ble funnet i én av LIGOs detektorer, da de andre detektorene var frakoblet på det aktuelle tidspunktet.

Gravitasjonsbølgeobservasjonene er gjort i samarbeid med kollegaer fra LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo interferometer and KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector). Forskere fra alle de tre observatoriene har nå gått gjennom observasjonene, og brukt sin ekspertise til å analysere signalet.

– Vår endelige konklusjon er at signalet er i samsvar med Einsteins spådommer – sannsynligvis. Nå har vi faktisk kommet så langt i vår forskning, at vi må finne opp ny matematikk bare for å holde tritt med observasjonene. Det er spennende, sier Nielsen.

Forskningen er publisert her. Du kan også lese et populærvitenskapelig sammendrag av artikkelen på LIGOs nettsider.