Krockande hål skakar universum

Runt om i världen byggs just nu ett tiotal experiment som ska avslöja gravitationsvågorna, och därmed bevisa relativitetsteorin. Problemet är att vågorna har så ytterst liten effekt på våra jordiska föremål att de är svåra att upptäcka; exempelvis skulle en kilometerlång stång förlängas med motsvarande en tusendel av diametern hos en proton när gravitationsvågorna passerar.  Trots de extremt små effekterna (1 på 1021) så bör de extremt känsliga instrumenten upptäcka en gravitationsvåg någon gång per år, hoppas forskarna. Men det förutsätter att man känner igen den ytterst svaga gravitationsvågen när den väl kommer. Det är därför som de nya datormodellerna är så viktiga.  Gravitationsvågorna uppstår när massor accelereras, på liknande sätt som elektromagnetiska vågor uppstår när laddningar accelereras. Men för att ge någon mätbar effekt på Jorden måste det till en gigantisk massa som accelereras med oerhörd kraft. Den gravitationsvåg som kommer att registreras i de nya detektorerna härrör därför sannolikt från svarta hål som krockar med varandra.  Professor Ed Seidl och doktor Bruegemann, båda vid Albert Einsteininstitutet i Tyskland, har datorsimulerat den mest troliga händelsen: Två svarta hål, sexhundra miljoner ljusårs från Jorden, rör sig på kollisionskurs. De båda hålen, det ena vägandes hundra miljoner solmassor och det andra ungefär dubbelt så mycket, snuddar precis varandra. Gravitationen får dem att dras in i en spiralbana mot varandra. Slutligen smälter de samman till ett enda stort, svart hål.  Under de sista millisekunderna av den virvlande färden sänder de svarta hålen ut kraftiga gravitationsvågor med snabbt ökande frekvens (0,1 mHz till 10 kHz) och med tilltagande styrka. När de till sist blir ett återstår bara ett avklingande eko tills de slutligen tystnar helt.  De två relativitetsforskarna behövde en av världens kraftigaste datorer för simulera smällen. I drygt två veckor räknade en "Origin 2000", med tvåhundrafemtiosex parallella processorer, på vad som händer med de svarta hålen. Dessa sexton processorår utgör en av de största vetenskapliga beräkningar som någonsin gjorts.  För att åskådliggöra resultatet så presenteras den terabyte data som kom ut ur beräkningen i form av animationer. Att framställa bildsekvenserna tog ytterligare tre veckor med hjälp av en grafisk superdator.  Nu matas uppgifterna in i de filter som ska urskilja när en äkta gravitationsvåg når detektorerna. De detektorer som nu byggs runt om i världen är av två typer; dels laserinterferometrar och dels resonansmassdetektorer.  Massdetektorn består av en meterstor metallklump, ofta av aluminium. Den vanligen cylinderformade klumpen är fritt upphängd i vakuum och nedkyld till nära den absoluta nollpunkten. Känsliga accelerometrar registrerar de pyttesmå vibrationer som uppstår när gravitationsvågen passerar klumpen.  Laserinterferometern består av kilometerlånga mätsträckor som går ut vinkelrätt mot varandra. Sträckornas längd mäts med laserljus och jämförs sinsemellan. Om längden på en av mätsträckorna förändras av en gravitationsvåg, så upptäcks det av en känslig interferometer.  Signalerna från detektorerna kommer att vara ytterst svaga och ligga alldeles ovanför brusnivån. En gravitationsvåg måste därför sätta sina karakteristiska spår i flera detektorer samtidigt för att den ska anses vara äkta.