Neljän vuosikymmenen yrittämisen jälkeen onnistuminen on nyt lähellä. Tänä vuonna toimintansa aloittanut Ligo-ilmaisin saattaa ensimmäisenä rekisteröidä avaruuden värähtelyn. Sen vangitseminen kiinnostaa, koska se toisi aivan uudenlaista tietoa universumista.

TEKSTI:Leena Tähtinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla

 
Sen vangitseminen kiinnostaa, koska se  toisi aivan uudenlaista
tietoa universumista.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä

8/2000



Jos yleisen suhteellisuusteorian yhtälöt pitävät paikkansa, toisiinsa törmääviin mustiin aukkoihin, räjähtäviin tähtiin ja muihin rajuihin tapahtumiin liittyy painovoiman myllerrys, joka saa ympäröivän aika-avaruuden vellomaan samaan tapaan kuin lampeen viskattu kivi saa veden aaltoilemaan.

Avaruuden painovoima-aallot, joita kutsutaan myös gravitaatioaalloiksi, ovat tiukka testi yleiselle suhteellisuusteorialle, sillä ne kuuluvat erottamattomasti Einsteinin painovoimayhtälöihin. Tutkijoita avaruuden värähtely - jos sitä on - kiinnostaa myös siksi, että se sisältää täysin uudenlaista tietoa universumin rajuimmista tapahtumista. Edellä mainitun räiskeen lisäksi esimerkiksi kahden neutronitähden kiertyminen toisiaan kohti "näkyisi" gravitaatioaaltoina. Kosmisen taustasäteilyn kaltainen gravitaatioaaltotausta taas kertoisi omaa riippumatonta tarinaansa itse alkuräjähdyksestä.

- Kaikki aaltoja mittaavia laitteita rakentavat ryhmät haluaisivat tehdä ensimmäisen havainnon, sanoo tänä vuonna toimintansa aloittaneen Ligo-hankkeen johtaja Barry Barish Science-lehdessä. Aaltokisa, jossa palkintona jaetaan mainetta ja tietoa, on vaikea. Jopa Einstein, joka itse ennusti gravitaatioaallot, suhtautui epäilevästi mahdollisuuteen havaita niitä.

Aalto muuttaa etäisyyksiä

  kappaleiden väliset etäisyydet. Pahaksi onneksi aika-avaruuteen leviävät gravitaatioaallot heikkenevät lähes olemattomiksi, ennen kuin ne lävistävät Maan. Esimerkiksi kymmenien valovuosien päässä tapahtuva neutronitähtien törmäys tuntuu Maassa niin heikkona, että se muuttaa havaitsijasta neljän kilometrin etäisyydellä olevan hiukkasen paikkaa vain protonin läpimitan tuhannesosan verran.

  oivalluksia.

Ligo-hankkeeseen (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) kuuluu kaksi vastakkaisilla puolilla Pohjois-Amerikan mannerta sijaitsevaa L:n muotoista rakennelmaa. Ne ovat Livingstonessa Louisianassa ja Hanfordissa Washingtonissa.

  molemmat sakarat ovat neljän kilometrin pituisia putkia, joiden läpimitta on 1,2 metriä. Häiriöiden pienentämiseksi putkiin on pumpattu tyhjiö. Ne muodostavatkin erään planeettamme suurimmista tyhjiöistä. Gravitaatioaallon saapuminen laitteistoon nähdään tarkkailemalla kummankin sakaran päihin ripustettujen peilien etäisyyksiä: etäisyyden muuttuminen paljastaa aallon.

Lasersäde poukkoilee kilometrejä

Pikkuriikkinen muutos peilien paikoissa mitataan valon interferenssillä. Kohtaavat valoaallot, joiden vaiheella on eroa tasan puoli aallonpituutta, kumoavat toisensa. Samassa vaiheessa olevien aaltojen kohtaaminen taas vahvistaa valoa muodostamaan kirkkaan kuvion.

  heilahda. Jos peilien välinen etäisyys muuttuu, lasersäteet kulkevat eripituisen matkan ja niiden keskinäinen vaihe muuttuu. Tämä muutos - siis se protonin tuhannesosan mitta - näkyy kirkkaana interferenssikuviona.

Laitteistoja rakennettiin kaksi, koska havainnon luotettavuus halutaan varmistaa. Aidon aallon on osuttava molempiin laitteistoihin sekunnin sadasosan kuluessa. Myös signaalin muodon ja voimakkuuden on oltava molemmissa kojeissa sama. Ihannetapauksessa sama signaali näkyy muuallakin sijaitsevissa laitteissa.

Milloin keinahtaa?

Vuosikymmeniä kestäviin projekteihin osallistuvia kiusaa epävarmuus. Vangitaanko gravitaatioaalto, ja jos, niin milloin ja millä laitteella? 365 miljoonaa dollaria maksaneen Ligon herkkyyttä aiotaan parantaa jo vuonna 2005. Parannusten jälkeen siihen pitäisi osua ainakin yksi aalto vuodessa. Ehditäänkö sillä havaita gravitaatioaalto ennen tätä?

- Mahdollisuudet ovat fifty-fifty, toteaa fyysikko Peter Saulson Science-lehdessä. Monet hänen työtoverinsa pitävät lausuntoa liian optimistisena, mutta kaikki odottavat jännittyneinä. Gravitaatioaallot toisivat avaruudesta täysin uudenlaista tietoa.

Tätä nykyä gravitaatioaaltoja yritetään mitata isoilla interferometreillä: mitä pidemmät haarat, sitä herkempi laite.

• Yhdysvaltalaisten neljän kilometrin mittaiset Ligo-ilmaisimet käynnistettiin kesällä.


• Japanilaisten Tama300, jonka haarat ovat 300-metriset, aloitti niin ikään kesällä.

• Saksalaiset ja englantilaiset alkoivat rakentaa haaroiltaan 600-metristä Geo600-interferometriä 1995.


• Australialaiset tekevät Ligon kokoisen, Aciga-nimisen kojeen, jonka pitäisi olla havaintokunnossa 2006.


• Ehkä ensimmäisen gravitaatioaallon havaitseminen jää kuitenkin avaruusinterferometri Lisalle, jota yhdysvaltalaiset ja eurooppalaiset suunnittelevat. Jos projekti hyväksytään, sen kolme satelliittia muodostavat vuonna 2010 pyydyksen, jonka haarat ovat viisi miljoonaa kilometriä!

Epäsuora havainto toi nobelin

• Joseph Taylor ja Russell Hulse löysivät 26 vuotta sitten neutronitähtiparin, joka tuottaa gravitaatioaaltoja. He seurasivat kaksoisjärjestelmän edesottamuksia kaksi vuosikymmentä ja totesivat, että kumpikin neutronitähti menettää energiaa juuri sen verran kuin yleisen suhteellisuusteorian mukaan tarvitaan gravitaatioaaltojen muodostumiseen. Taylor ja Hulse saivat huomiostaan Nobelin fysiikanpalkinnon 1993.

  dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede 2000  -lehden vakituinen avustaja. Tällä palstalla hän taustoittaa tähtitieteen uutistapahtumia.

Sisältö jatkuu mainoksen alla