Virgo

Kolmas paikka mukaan painovoima-aaltojen metsästykseen

Pe, 08/04/2017 - 10:41 Jari Mäkinen
Virgo

Painovoima-aaltojen havaitseminen tapahtuu toivottavasti helpommin ja tarkemmin tulevaisuudessa, kun tähän saakka ainoat varmat havainnot tehnyt amerikkalainen LIGO-observatorio saa mukaansa nyt eurooppalaisen Virgon.

Painovoima-aaltoja, eli gravitaatioaaltoja on havaittu tähän mennessä varmasti kolme kertaa. Tuorein löytö julkistettiin viime tammikuussa, ja tuo tapaus – kuten aiemmatkin – oli kahden massiivisen mustan aukon yhteentörmäys, joka lähetti avaruuden geometriaa ravistaneen aallon ympärilleen.

Aallot havaittiin kahdessa LIGO-havaintosysteemiin kuuluvassa observatoriossa Yhdysvalloissa, mutta mukana havaintojen käsittelyssä oli tutkijoita myös Euroopan puolella olevasta Euroopan gravitaatioaalto-observatoriosta EGO:sta.

Sen oma havaintolaite on Pisan luona Italiassa sijaitseva Virgo. Nyt Virgo on liittynyt myös mukaan aaltojen etsintään.

Virgo on hyvin samanlainen kuin kaksi LIGO-havaintolaitetta: siinä on kaksi kolme kilometriä pitkää tunnelia, joiden sisällä kulkee erittäin tarkasti suunnattu ja mitattu lasersäde. Säde jaetaan kahteen osaan, yksi kumpaankin tunneliin, joissa peilien avulla sädettä singautellaan edes takaisin niin monta kertaa, että valon mielestä se kulkee kolmen kilometrin sijaan sata kilometriä suuntaansa.  

Jos ja kun gravitaatioaalto kulkee observatorion läpi, se venyttää avaruuden geometriaa sen verran, että tämä äärimmäisen pieni pituuden muutos voidaan havaita, kun lasersäteitä verrataan interferometrisesti keskenään. 

Olennaista hyvin heikkojen gravitaatioaaltojen tulkinnassa on se, että yhden ainoan havaintolaitteen tulokseen ei voi luottaa. Paikallisia häiriöitä on niin paljon, että todeliset havainnot hautautuvat niiden alle.

Havainto on luotettava vain silloin, kun samanlainen havainto saadaan erikseen kahdessa paikassa siten, että havainnon tekoaika poikkeaa toisistaan täsmälleen sen verran mitä aallolta kestää kulkea paikkojen välisen matkan verran.

Kuvassa kolmas varmistettu painovoima-aaltohavainto. Sama, teoreettisiin laskelmiin täysin sopiva havainto tehtiin kahdessa paikassa siten, että havaintoajat vastaavat aallon kulkuaikaa havaintolaitteiden välissä.

Kun LIGO:n kahden havaintopaikan lisäksi mukaan saadaan nyt reaaliajassa niiden kanssa havaintoja tekevä kolmas observatorio, voidaan havaintoja tehdä aiempaa luotettavammin ja paremmin. Lisäksi kolmas, selvästi edellisistä erillään oleva paikka auttaa selvittämään paremmin mistä suunnasta taivaalla aalto on peräisin. 

LIGO aloitti nykyisen havaintokautensa huollon ja parannusten jälkeen viime marraskuussa. Tämä kausi päättyy nyt elokuun 25. päivänä, ja eurooppalainen Virgo on mukana tämän loppuajan elokuussa.

Tarkoituksena on tässä vaiheessa ennen kaikkea testata sitä, miten kolmikko pystyy toimimaan yhdessä ja kuinka vastaisuudessa havaintoja voitaisiin tehdä rutiininomaisesti kolmella havaintolaitteella samanaikaisesti.

Myös Intiaan on suunnitteilla samankaltainen painovoima-aaltoja havaitseva laite, mutta sen rakentaminen ei ole vielä alkanut.

Virgon toimintaa voi seurata reaaliajassa observatorion nettisivuilla.

Onko gravitaatioaaltohavainto todellinen?

Su, 02/14/2016 - 10:13 Jari Mäkinen
Havainnollistus gravitaatioaalloista


Viime viikolla kerrottiin mullistava uutinen gravitaatioaaltojen löytymisestä Washington D.C.:ssä pidetyssä lehdistötilaisuudessa, mutta vastaava tilaisuus oli suunnitteilla jo vuonna 2011. Silloin se peruttiin.


Todisteet viime syyskuussa havaitusta gravitaatioaallosta ovat vakuuttavia: kahden mustan aukon sulautumisesta syntynyt gravitaatioaalto havaittiin erikseen kahdessa aaltoja havaitsevan LIGO-järjestelmän havaintopaikassa, aalto oli hyvin samanlainen molemmissa ja havaittujen aaltojen välinen aikaero oli juuri se, minkä ohi kiitäviltä gravitaatioaalloilta laskettaisiin kestävän kahden havaintopaikan välisen etäisyyden taittamiseen.

Lisäksi havaitut aallot olivat juuri sellaisia kuin odotettiin. Eipä parempaa ja täydellisempää havaintoa voisi toivoa!

Paitsi että LIGO teki yhtä lailla täydellisesti odotuksiin sopivan havainnon jo vuonna 2010.

Silloinkin tutkijat päättelivät, että kyseessä oli törmäävät mustat aukot. Havainto ja sen tekeminen käytiin tarkasti läpi, sen taustalla olevan törmäyksen fysiikka setvittiin ja lopulta havainnosta kirjoitettiin tieteellisiä artikkeleita, joista tärkein oli otsikoitu "Evidence for the Direct Detection of Gravitational Waves from a Black Hole Binary Coalescence", eli vähän kuin nyt julkaistu tutkimus: tässä oli ensimmäinen todiste suorasta gravitaatioaaltohavainnosta ja aalto oli peräisin kahden mustan aukon yhdistymisestä.

300 tutkijaa ympäri maailman kerääntyi maaliskuussa 2011 Kaliforniaan keskustelemaan löydön julkistamisesta ja satakunta muuta tutkijaa oli videoyhteyden päässä.

Ilmapiiri oli erinomainen ja iloinen aina siihen saakka kunnes LIGO-observatorion johto kertoi karvaan totuuden: he olivat syöttäneet havainnon laitteistoon nähdäkseen miten laaja, kansainvälinen tutkijatiimi reagoisi löytöön – ja huomattaisiinko havaintoa lainkaan.

Havainnosta kerrotaan myös LIGO:n nettisivuilla, tosin teknisenä testinä. Mukana testissä oli Italiassa sijaitseva yhteiseurooppalainen VIRGO-havaintolaite.

Tästä tapauksesta kertoo Stuart Clark blogissaan The Guardian -lehdessä viitaten maailmalla kiertäviin huhuihin siitä, että nyt tehty havainto olisikin itse asiassa vastaavanlainen koe.

Nyt toki havainnosta on julkistettu paljon lisätietoa, ja Science-lehdessä on erinomainen kuvaus havainnon tekemisestä. Tietoisesta huijauksesta ei siis tässä tapauksessa todennäköisesti ole kyse.

Gravitaatioaallot synnyttänyttä mustien aukkojen sulautumista on myös yritetty etsiä syyskuusta alkaen taivaalta esimerkiksi kaukoputkin, mutta turhaan. Näin voimakas tapahtuma periaatteessa olisi ollut näkyvissä myös perinteisin havaintolaittein.

LIGO:n havainto on vakuuttava, kenties jopa liian hyvin odotusten kaltainen, ja on olemassa edelleen koko joukko häiriötekijöitä, jotka olisivat voineet saada aikaan signaalin. Tutkijoiden kova halu saada gravitaatioaallot näkyviin saattavat myös vaikuttaa havainnon käsittelyyn.

Tämä ei olisi ensimmäinen kerta, kun innostus on vienyt tutkijatkin mukanaan, sillä gravitaatioaaltojen löytyminen on suuren luokan uutinen niin tieteelle yleensä kuin usean tutkijan urakehityksellekin. Edellisen kerran näin kävi kaksi vuotta sitten maaliskuussa, kun mekin kerroimme Tiedetuubissa BICEP2-kokeen "havaitsemista" painovoima-aalloista.

Mitä siis pitäisi ajatella nyt tehdystä löydöstä ja sen näyttävästä julkistuksesta? Kannattaa iloita, mutta pitää edelleen mielessä se, että kenties kyseessä oli jälleen väärä hälytys...

Lisätietoja odotellessa kannatta lukea uudelleen mainittu tiedote LIGO:n teknisestä testistä, sillä se kertoo paljon siitä mitä nytkin olisi pitänyt lisäksi havaita.

*

Juttuun on lisätty klo 10:45 linkki Harward-Smithsonianin uutiseen mustien aukkojen törmäyksen jälkihehkun etsimisestä optisella alueella. Klo 11:30 lisätty vielä Science-lehden linkki gravitaatioaallon havainnen henkilön tarinaan. Samalla otsikko vaihdettiin vähemmän skandaalinkäryiseen.