Kuten uutiset ovat tänään kertoneet kautta maailman (kuten mekin aiemmassa artikkelissamme, ennakkojutussamme ja ensimmäisessä uutisessamme tammikuussa), on painovoima-aaltoja viimeinkin todistetusti havaittu. Tuo viime syyskuinen tapaus havaittiin riippumattomasti LIGO-havaintoryhmän kahdessa mittalaitteessa ja havainto oli jopa hämmentävän tarkasti sellainen kuin osattiin jo ennalta odottaa.
Havainto on merkkipaalu tähtitieteen historiassa ja varmasti joku tai jotkut tulevat pokkaamaan siitä mitalin Tukholmassa kenties jo ensi joulukuussa.
Tätä löytöä on kuitenkin pohjustettu jo pitkään, sillä teoreettisen pohjan gravitaatioaalloille antoi itse Albert Einstein sata vuotta sitten.
Se on pääpiirteissään hyvin yksinkertainen: liikkuva massa ja/tai suuret energiat saavat aikaan värähtelyä avaruuden geometriassa samaan tapaan kuin veteen heitetty tiiliskivi saa aikaan aaltoja veden pinnalla. Jos kauempana veden pinnalla on pieni kelluva puunpala, se heilahtelee ylös ja alas aallon vaikutuksesta. Tai jos palasia on kaksi, niiden välinen etäisyys lyhenee ja pitenee sen mukaan kun aallot palasia liikuttavat.
Jos otat käsiisi kaksi klönttiä taikinaa ja paiskaat ne yhteen, syntyy tapauksesta painovoima-aalto, tosin äärettömän pieni sellainen. Kun kävelet, jätät jälkeesi gravitaatioaaltolaineita, ja kun maapallo kiertää Aurinkoa, syntyy siitäkin gravitaatioaaltoja. Mutta vaikka kyseessä olisi Aurinko ja Jupiter, on syntyvä aalto niin pieni, ettemme pystyisi edes hurjimmissa kuvitelmissamme sitä havaitsemaan.
Sen sijaan erittäin voimakkaat kosmiset kolarit ja muut suurienergiset tapahtumat synnyttävät sen verran voimakkaita gravitaatioaaltoja, että niiden havaitseminen on mahdollista – tosin hyvin vaikeaa.
Esimerkiksi nyt aaltohavainnon tehnyt LIGO pystyy mittaamaan alle protonin halkaisijan kymmenestuhannesosan mittaisia (10-19 metriä) hailahteluita noin neljä kilometriä pitässä mittausradassa.
Miten tähän on tultu?
Toden teolla aaltoja on pyritty havaitsemaan 1960-luvun lopulta alkaen, jolloin Marylandin yliopiston fyysikko Joseph Weber rakensi useita raskaita alumiinisylintereitä, joiden hän oletti resonoivan gravitaatioaaltojen vaikutuksesta. Sylinterit olivat kaksi metriä pitkiä ja metrin halkaisijaltaan, mutta hän ei havainnut niillä mitään muuta kuin kohinaa.
Paitsi vuonna 1987: Weber väittää havainneensa omituisen signaalin juuri samaan aikaan kun hyvin lähellä tapahtuneen, voimakkaan supernova SN1987A:n lähettämä painovoima-aalto olisi laskelmien mukaan kulkenut Maan ohitse. Havaintoon ei uskottu – osin siksi, että Weber oli väittänyt havainneensa kaikenlaista jo aiemmin – mutta nyttemmin tätä pidetään varsin todennäköisenä havaintoja. Tosin sitä ei voida mitenkään varmentaa, eikä pitää tieteellisesti pätevänä.
Mutta kenties ensimmäinen gravitaatioaaltohavainto tehtiinkin viime syyskuun sijaan jo 23. helmikuuta 1987.
Weber kuoli vuonna 2000, joten hän ei ole enää puolustamassa havaintoaan, mutta yksi hänen sylintereistään on nyt esillä LIGO:n Hanfordin tiloissa muistuttamassa historiasta.
Toinen merkittävä historiallinen painovoima-aaltojen havaintokoe on tehty Leidenin yliopistossa Hollannissa. Sinne rakennettiin vuonna 2007 MiniGRAIL -niminen havaintolaite, joka on halkaisijaltaan 68 cm oleva kuparista ja alumiinista tehty pallo. Pallon massa on 1400 kg ja sen oletetaan resonoivan 2,9 kHz:n taajuudella, jos gravitaatioaalto iskeytyy siihen. Värähtelyä havaitseva laitteisto on jäähdytetty hyvin lähelle absoluuttista nollapistettä (20 mK) ja samankaltainen laitteisto on tarkoitus sijoittaa myös São Pauloon. Näin satunnaisten häiriöiden mahdollisuus saadaan suljettua, ja mittauksia voitaisiin tehdä riippumattomasti kahdessa paikassa, aivan kuten LIGO:lla.
