Gravitationsvågor

Gravitationsvågor är förändringar i rumtiden som uppstår när massor accelererar och inte fördelar sin massa symmetriskt. Enligt allmänna relativitetsteorin färdas de genom rymden med ljusets hastighet och uppkommer huvudsakligen i samband med kvadrupolstrålning, det vill säga när massfördelningen förändras i icke-symmetriska mönster. Vågor deformerar rumtiden och bär energi bort från källan när de passerar, även om effekterna är mycket små för oss på jorden.

Det finns två teoretiska polarisationslägen i GR, plus och kors, och vågornas amplitud är extremt liten. Den observerbara deformationen av ett avstånd längs ett labbarm är en dimensionlös strain, vanligtvis på ordning 10^-21. För en arm som är några kilometer lång motsvarar det ändringar i längden på ungefär 10^-18 meter när en våg passerar.

Vanliga ursprung inkluderar sammanfogade svarta hål eller neutronstjärnor som inspirerar och smälter samman, roterande neutronstjärnor och i några fall storskaliga explosionshändelser som supernovae. Den mest uppmärksammade händelsen GW150914 var den första direkta upptäckten av gravitationsvågor 2015 från ett black-hole binary. GW170817, ett sammandrag mellan neutronstjärnor, gav också elektromagnetisk strålning och startskott för multimeddelande astronomi.

Upptäckten gjordes med laserinterferometrar som LIGO och Virgo. De mäter små förändringar i armarnas längd genom interferometri; flera oberoende detektorer placeras över jorden för att utesluta lokala störningar. Under senare år har även KAGRA tillkommit.

Gravitationsvågor har varit viktiga för att testa allmän relativitet i starka fält, för multimeddelande astronomi och för att ge nya sätt att uppskatta kosmisk expansion genom standardsirener. Deras studie fortsätter att fördjupa förståelsen av dynamiska starka gravitationssystem och fundamentala fysiklagar.