Nu taler vi ikke længere kun om sorte huller, vi lytter til dem

Da forskere for første gang registrerede gravitationsbølger i 2015, ændrede det fundamentalt måden, vi kan studere sorte huller på. Fra at være et forskningsfelt domineret af matematiske beregninger blev det pludselig muligt at observere signalerne direkte.

"Da jeg begyndte min karriere, var vi praktisk talt døve. Vi kunne studere sorte huller teoretisk, men vi havde næsten ingen observationer. I dag kan vi lytte til dem," siger professor i fysik Vitor Cardoso fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Vitor Cardoso har sammen med kolleger fra Johns Hopkins University og University of Birmingham samlet den hidtil mest omfattende oversigt over forskningen i sorte hullers vibrationer.

Forskningsartiklen,  der netop er blevet udgivet i tidsskriftet Classical and Quantum Gravity, forener og sammenholder altså årtiers teoretiske arbejde med de sidste ti års observationer fra gravitationsbølgeastronomien.

Fra teori til eksperiment

I årtier havde forskerne kun teorierne at arbejde med. De vidste, at Einsteins relativitetsteori – altså hans matematiske ligninger – forudsagde gravitationsbølger og særlige vibrationer fra sorte huller, men de havde ikke instrumenterne til at tage ud i rummet og undersøge dem direkte.

Når to sorte huller kolliderer og smelter sammen, vibrerer det nyfødte sorte hul, inden det falder til ro. De vibrationer sender gravitationsbølger ud gennem universet, og det er dem, som forskerne kan måle.

Det er det, Vitor Cardoso mener, når han siger, at man i dag kan lytte til de sorte huller. Ifølge professoren kan signalerne sammenlignes med lyden fra et musikinstrument:

"Ligesom man kan høre forskel på en guitar og et klaver, kan vi bruge gravitationsbølgerne til at identificere, hvad det er, der vibrerer."

Så de sorte huller i sig selv har ingen lyd?

”Korrekt. De skal aktiveres af noget. På samme måde som en kirkeklokke. Den skal rammes af noget, før man kan høre klokken ringe.”

Og hvordan bliver det så til en lyd?

”Tænk på det, som når man kaster en sten i en brønd med vand. Der sker et stød og der kommer også bølger. Og de har en lyd. Det er de bølger, altså den lyd, vi kan måle på,” forklarer Cardoso.

Forskningsfeltet kaldes black hole spectroscopy og handler om at bruge disse vibrationer til at undersøge sorte hullers egenskaber og dermed komme endnu tættere på at forstå universet.

Et felt, der voksede eksplosivt

Ifølge Cardoso var en af årsagerne, til at de satte sig for at lave denne oversigt, at forskningen på området er vokset ekstremt hurtigt. Det har resulteret i, at forskningen har været meget spredt ud i emner og alle verdenshjørner. Den anden motivation var, at der også har været en del uenigheder i miljøet om, hvad forskningen egentlig sagde.

"Vi indså, at vi virkelig var nødt til at samle alle og udarbejde denne oversigt i fællesskab, så vi kunne nå til enighed. Og når vi ikke var enige, måtte vi arbejde os frem til en forståelse af, hvad årsagen til uenigheden var. Så det gjorde vi,” siger han.

Einstein havde ret – i hvert fald lidt endnu

Et af de spørgsmål, som fysikere altid søger at besvare er, om de beregninger eller observationer de laver, stemmer overens med Albert Einsteins generelle relativitetsteori fra 1916. Og det samme gør sig gældende for denne monumentale oversigt, som Cardoso og 70 andre forskere netop har udgivet.

”Sådan har det været i århundreder med alle de fundamentale naturlove. Og på et eller andet tidspunkt viste de sig alle at have begrænsninger. Derfor leder vi efter netop det i forhold til Einsteins teori, ” forklarer Cardoso.

”Men indtil videre har vi ikke fundet nogen tegn på, at naturen opfører sig anderledes end det, Einsteins teori forudsiger.”

Og det samme gælder altså også den nye, samlede oversigt.

"Einstein har indtil videre haft ret. Alt vi ser, er i overensstemmelse med Einsteins forudsigelser," siger Cardoso.

Jagten fortsætter

Men det betyder dog ikke, at det er endegyldigt. Det sidste punktum er altså langt fra sat, hvad angår om de sorte hullers stemmer overens med Einsteins teori.

"Vi ved, at Einsteins teori er ufuldstændig. Hverken Einstein eller nogen af os ved, hvad der sker inde i de sorte huller. Lige nu er der bare intet. Så man kan sige, at inde i sorte huller bryder matematikken sammen. Spørgsmålet er, om naturen på et tidspunkt vil vise os, hvor teorien ikke længere slår til," lyder det fra Vitor Cardoso.

Derfor peger oversigtsartiklen også frem mod næste generation af observatorier, herunder den europæiske rummission LISA, som skal gøre forskerne endnu klogere på de mystiske sorte huller i vores univers. 

”Der må være en bedre teori end Einsteins,” siger professoren.

Bliver det i din levetid, at I for alvor kan udfordre ham?

”Det håber jeg da! Jeg bliver jo 200,” afslutter Vitor Cardoso med et stort grin.

___________________

Hvad er LISA?

LISA står for Laser Interferometer Space Antenna

• Et rumbaseret observatorium til måling af gravitationsbølger
• Ledet af den europæiske rumfartsorganisation ESA med NASA som samarbejdspartner.
• Er udviklet til at registrere gravitationsbølger i millihertz-området, som ikke kan observeres med jordbaserede detektorer.
• Missionen forventes opsendt i 2035.

Kilde: NASA