Painovoima on outo asia. Arkielämässämme ajattelemme sitä voimana. Se vetää meidät Maahan ja pitää planeetat kiertoradalla tähtiensä ympärillä. Mutta painovoima ei ole voima. Se on tilan ja ajan vääntymistä, joka taivuttaa esineiden liikerataa. Heitä pallo syvään tilaan, ja se liikkuu suorassa linjassa Newtonin ensimmäisen liikkeen lain mukaisesti. Heitä sama pallo lähelle Maan pintaa, ja se seuraa parabolista liikerataa, jonka aiheuttaa Maan avaruuden vääntyminen sen ympärillä.
Koska aine taivuttaa tilaa, se voi myös kääntää valon polun. Kutsumme tätä vaikutusta gravitaatiolinssiksi. Se tapahtuu tyypillisesti, kun etäisen galaksin tai kvasaarin valoa taivutetaan lähempänä olevan galaksin massa sen tiellä meitä kohti. Gravitaatiolinssi voi kohdistaa valon, jolloin kaukainen galaksi näyttää kirkkaammalta, ja tämä on auttanut meitä havainnoimaan joitain kaukaisimpia galakseja.
Animoitu kuva gravitaatioaalto. Luotto: ESA–C.Carreau
Aineen vääntyminen avaruudessa voi myös tuottaa gravitaatioaaltoja aineen liikkuessa avaruuden halki, kuten aaltoilua lammessa. Useimmat näistä gravitaatioaaltoiluista ovat liian pieniä havaittavaksi, mutta voimme nähdä mustien aukkojen fuusioiden aiheuttamia voimakkaita aaltoja. Tarkkailemalla useiden fuusioiden aaltoja olemme vahvistaneet, että gravitaatioaallot kulkevat valonnopeudella, kuten yleinen suhteellisuusteoria ennustaa. Ja tämä tarkoittaa, että painovoima voi myös kääntää omat aaltonsa.
Vääntynyt tila muuttaa etäisyyttä, jonka valon on kuljettava. Luotto: APS/Alan Stonebraker
Gravitaatioaallot ja valo molemmat kulkevat samalla vakionopeudella tyhjiössä. Niiden polut voivat poiketa, koska tämä nopeus on rajallinen. Kestää aikaa ennen kuin aallot kulkevat tietyn matkan. Kun galaksi tai musta aukko vääntelee ympäröivää avaruuttaan, kohteen lähellä olevan aallon osan täytyy kulkea hieman kauemmaksi kuin muu aalto, joten sen saavuttaminen vie hieman kauemmin. Tämän seurauksena aalto taipuu kohti massaa. Joten kun sulautuvat mustat aukot lähettävät meille gravitaatioaaltojen purskeen, lähemmät galaksit voivat linssia nämä aallot.
Gravitaatiofuusion sirku on selvä. Luotto: LIGO / Caltech / MIT / Chicagon yliopisto (Ben Farr)
Ainakin se on teoria. Äskettäin ryhmä tarkasteli tätä vaikutusta ja kuinka se muuttaisi gravitaatioaaltotapahtumien ulkonäköä. He löysivät pari mielenkiintoista asiaa. Ensimmäinen on, että linssillä olevat gravitaatioaallot saisivat lähteen näyttämään lähemmäs kuin se todellisuudessa on, samalla tavalla kuin linssivalo voi näyttää kirkkaammalta. Tällä voi olla merkittäviä vaikutuksia gravitaatioon, jota olemme havainneet tähtitieteilijöiden jälkeen käyttämällä etäisyyksiä maailmankaikkeuden mittakaavan ja laajenemisen mittaamiseen. Mutta tiimi havaitsi myös, että linssoiduilla sulautumistapahtumilla olisi selvästi erilainen yleinen muoto, joten voimme periaatteessa erottaa linssillä olevista ja linssoimattomista gravitaatioaaltoja. Tarkasteltaessa LIGOn ja VIRGOn tähän mennessä havaitsemia mustien aukkojen fuusioita, he havaitsivat, että yksikään niistä ei ollut gravitaatiolinssi.
Kestää jonkin aikaa, ennen kuin voimme todella tutkia linssin gravitaatioaaltoja. Vaikka vaikutukset ovat selvät, ne vaativat herkempiä gravitaatioaaltojen observatorioita nähdäkseen ne yksityiskohtaisesti. Mutta tämä työ osoittaa, kuinka gravitaatioaaltoastronomia tarjoaa runsaasti tietoa tähtitieteilijöille ajoissa.
Viite:Buscicchio, Riccardo, et ai. ' Binaaristen mustien aukkojen linssioinnin rajoittaminen niiden stokastisesta taustasta .'Physical Review Letters125.14 (2020): 141102.