Gravitaatiosäteily

Havaittavia gravitaatioaaltoja voi syntyä esimerkiksi pulsarien, neutronitähtien tai vastaavien suurimassaisten systeemien ollessa nopeasti kiihtyvässä liikkeessä.

Voidaan osoittaa ett�� kun massat ${\displaystyle m_{1}}$  ja ${\displaystyle m_{2}}$  kiertävät toisiaan etäisyydellä ${\displaystyle r}$ , systeemi säteilee gravitaatioaaltoja teholla

${\displaystyle P={\frac {\mathrm {d} E}{\mathrm {d} t}}=-{\frac {32}{5}}\,{\frac {G^{4}}{c^{5}}}\,{\frac {(m_{1}m_{2})^{2}(m_{1}+m_{2})}{r^{5}}}}$  ,^[1]

missä ${\displaystyle G}$  on gravitaatiovakio ja ${\displaystyle c}$  valonnopeus tyhjiössä. Miinusmerkki ilmaisee, että kyse on nimenomaan menetetystä energiasta. Ilmiön havaitsemisen vaikeutta kuvastaa se, että esimerkiksi Maapallon ja Auringon muodostamassa systeemissä, gravitaatioaaltoja syntyy vain noin 200 watin teholla.

Gravitaatioaaltojen havaitseminen on äärimmäisen vaikeaa. Ensimmäinen koe, jolla aaltoja yritettiin havaita oli amerikkalaisfyysikko Joseph Weberin koe vuodelta 1968. Vaikka Weber itse uskoi havainneensa gravitaatiosäteilyä hänen tuloksiaan ei onnistuttu koskaan toistamaan.^[2] Koejärjestelyssä käytetty laite tunnetaan nykyään kuitenkin Weberin sylinterinä.

Nykyisistä koejärjestelyistä maininnan arvoisia ovat 1992 perustettu yhdysvaltalainen LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), saksalainen GEO600 sekä toukokuussa 2007 käyttöönotettu ranskalais-italialainen Virgo-interferometri. Nämä äärimmäisen herkät koejärjestelyt perustuvat pitkäkantaiseen interferometriin, joka havaitsee mahdollisen gravitaatioaallon aiheuttaman poikkeaman peilien asennossa. Tulevaisuudessa aaltoja tullaan havaitsemaan myös avaruudesta, aikataulun mukaan vuonna 2015 toimintansa aloittavalla LISA-satelliittijärjestelmällä.

Gravitaatioaaltoja ei aiemmin ole suoraan havaittu taustakohinan vuoksi, mutta vakuuttavia epäsuoria todisteita saatiin kaksoispulsarien käyttäytymisestä. Vuonna 1974 fyysikot Russell Alan Hulse ja Joseph Hooton Taylor Jr. havaitsivat kaksoispulsarin PSR B1913+16 lähettämän säteilyn vaihtelusta systeemin menettävän energiaansa täsmälleen saman verran kuin suhteellisuusteorian mukaan tällaisen kaksoistähden pitäisi lähettää gravitaatioaaltoja. Hulsen ja Taylorin tutkimus palkittiin Nobelin fysiikanpalkinnolla vuonna 1993.

11. helmikuuta 2016 julkistettiin tieto, että gravitaatioaalloista on tehty suoria havaintoja yhdysvaltalaisella LIGO-havaintolaitteella.^[3] Havainto voidaan käsittää uuden astronomian haaran eli gravitaatioaaltoastronomian alkuhetkeksi.^[4]

Lokakuussa 2017 julkistettiin tieto, että gravitaatioaaltoja on havaittu yhdessä valohavainnon kanssa. Ilmiön aiheutti kahden neutronitähden törmäys noin 130 miljoonaa vuotta sitten Vesikäärmeen tähdistön galaksissa NGC 4993.^[5]

• LIGOn kotisivut (englanniksi)
• GEO600-projektin kotisivut (englanniksi)
• Virgon kotisivut (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)
• LISAn esittely NASAn sivuilla (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)
• Näillä laitteilla gravitaatioaaltoja metsästetään (Arkistoitu – Internet Archive) (Arkistoitu – Internet Archive)