Observation av stjärnkrock visar hur guld bildas

Gravitationsvåg avser inom fundamental fysik gravitationsstrålning som uppträder som krusningar i krökningen av rumtiden som från källan utbreder sig som vågor. Den engelska beteckningen är gravitational wave. Förutom denna betydelse används begreppet även inom flödesdynamik och avser då vågor i gränsytan mellan två medier i ett tyngdkraftfält. Ett exempel är vanliga vågor på en sjö. Den engelska beteckningen är gravity wave. I analogi med norska tyngdebølge skulle man kunna säga 'tyngdvåg' på svenska, men den etablerade beteckningen på svenska är istället gravitationsvåg vilket lätt leder till förväxling med betydelsen ovan. Fenomenet förutspåddes 1916 av Albert Einstein baserat på hans allmänna relativitetsteori, som säger att gravitationsvågor transporterar energi som gravitationsstrålning. Förekomsten av gravitationsvågor är en konsekvens av den allmänna relativitetsteorin eftersom den för med sig en begränsad utbredningshastighet för fysikaliska växelverkningar. Däremot kan gravitationsvågor inte existera i den newtonska teorin om gravitation, som postulerar att växelverkan utbreder sig med oändlig hastighet. Potentiella källor till detekterbara gravitationsvågor inkluderar dubbelstjärnesystem som består av vita dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål. Olika gravitationsvågsdetektor är under uppbyggnad (2016) eller i drift, såsom Advanced LIGO som började göra observationer i september 2015. I februari 2016 meddelade Advanced LIGO-teamet att de upptäckt gravitationsvågor från två svarta hål som ska ha haft massor 29 respektive 36 gånger solens massa (M☉) och som smält samman 1,3 miljarder ljusår bort. Energi motsvarande 3 solmassor (M☉c2) uppskattas ha strålat ut i form av gravitationsvågor. För mätningarna användes två laser-interferometrar i USA belägna i Hanford, Washington respektive Livingstone, Louisiana. Innan man direkt detekterade gravitationsvågor fanns det indirekta bevis för deras existens. Mätningar av Hulse–Taylors binära pulsarsystem (PSR B1913+16), som upptäcktes av Joseph Taylor och Russell Hulse 1974, visade att gravitationsvågor är mer än ett hypotetiskt koncept. En pulsar är en snabbt roterande neutronstjärna som sänder ut korta regelbundna pulser av radiovågor. Från variationer i pulsernas period drog Taylor och Hulse slutsatsen att PSR B1913+16 har en annan neutronstjärna som följeslagare. Det två neutronstjärnorna rör sig i snäva banor runt sitt gemensamma masscentrum och den kraftiga accelerationen i denna rörelse gör att systemet förlorar energi genom att sända ut gravitationsstrålning. Detta får neutronstjärnorna att närma sig varandra vilket innebär att perioden för banrörelsen minskar. Genom mätningar över flera år kunde Hulse och Taylor visa att banperioden minskar med 77 mikrosekunder per år, i överensstämmelse med allmänna relativitetsteorins förutsägelse. De två delade Nobelpriset i fysik 1993. 2017 års Nobelpris i fysik i fysik delades ut till Rainer Weiss, Barry Barish och Kip Thorne för att de gjort det möjligt att observera gravitationsvågor.

En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sitt liv stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar. Om stjärnan är så stor att den kvarvarande massan motsvarar 1,4-3 solmassor övergår den i en supernova. Återstoden blir en neutronstjärna som består av tätt packade neutroner, och övrigt material utspridda rester från supernovan.