De eerste gedetecteerde zwaartekrachtsgolf: GW150914
Natuur- en sterrenkundigen die lid zijn van het LIGO-Virgo-Consortium zijn zeer enthousiast: zwaartekrachtsgolven bestaan, ze zijn – na eerdere teleurstellingen – tóch te meten én ze geven interessante informatie over de bronnen van de zwaartekrachtsgolf. In dit geval was dat een bijzondere samensmelting tussen twee zwarte gaten tot een groter zwart gat. Dit werd op 11 februari bekendgemaakt door het LIGO-Virgo-Consortium. LIGO (VS) en Virgo (Italië) zijn installaties die zijn ontworpen om de subtiele zwaartekrachtsgolven te meten.
‘Het opgevangen signaal is zo helder dat het met het blote oog in de ruwe data is te zien’, vertelt zwaartekrachtsgolvenspecialist Jo van den Brand, hoogleraar aan de VU en verbonden aan het Nikhef (Nationaal instituut voor subatomaire fysica). ‘En een gedetailleerde analyse laat vervolgens zien dat het signaal precies overeenkomt met wat je zou verwachten volgens Einsteins theorie.’
‘De reden van het zo sterke signaal is dat de samensmelting bij wijze van spreken in de achtertuin plaatsvond: de LIGO-detectoren kunnen dergelijke signalen zien tot afstanden van meer dan acht miljard lichtjaar, maar de bron van deze eerste gemeten golf stond maar op anderhalf miljard lichtjaar. Je zou kunnen zeggen dat het team geluk had met de timing van dit signaal’, vult sterrenkundige Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit aan.
Om 09:50:45 werd er soort kreetje, tsjilp, van een vogel gedetecteert door de detectoren van LIGO. Dit signaal duurde zo’n 0,2 seconden. In deze tijd werd er een golf ontdekt waarbij de frequentie toenam toe van 35 Hz tot 250 Hz. Deze ontdekking zorgde voor een enorme opwinding binnen de astrofysische gemeenschap waarbij “het geluid” massaal geïmiteerd werd en gedeeld werd op social media.
De oorzaak van deze golf zijn 2 zwarte gaten die samensmelten. Vlak voordat ze gaan samensmelten (“mergen”) gaan ze steeds sneller om elkaar heen draaien en neemt de energie van de zwaartekrachtsgolf toe. Hierdoor is een golf, naarmate het mergen dichterbij komt, steeds beter te meten.
De ontdekking zorgt meteen voor een verrassing: de zwarte gaten die zijn samengesmolten zijn veel zwaarder dan de zwarte gaten die we kennen in dubbelsterren in onze Melkweg: elk ongeveer dertig zonsmassa’s.
Meer dan duizend wetenschappers uit achttien landen waaronder Nederland, hielpen mee bij het bouwen van de apparatuur, de metingen, en de interpretatie ervan. Van den Brand: ‘Bij het Nikhef werden gedetailleerde theorieën, data-analyse-methoden en software ontwikkeld waarmee de onderzoekers de algemene relativiteitstheorie aan stringente testen kunnen onderwerpen. De LIGO-Virgo-Collaboratie gebruikt deze methoden en de resultaten staan ook duidelijk en prominent in de publicatie over de ontdekking.’ Brands Nikhef collega Chris Van Den Broeck heeft hierbij een grote rol gespeeld. Samen met een collega uit de VS leidt hij nu de hele data-analyse van de LIGO-Virgo-samenwerking.
Het is niet voor het eerst dat de eerste meting van zwaartekrachtsgolven wordt aangekondigd. Waarom zijn de onderzoekers ditmaal zo zeker van hun zaak? Van den Brand is lid van het ‘Detection Committee’, een groep van vijftien specialisten die het hele proces zorgvuldig begeleidt om te zorgen dat er geen twijfel of onzekerheden zijn over de validiteit van de meting. ‘Dit signaal was heel helder en duidelijk. Bovendien overzien wij het hele proces. Een eervolle en belangrijke taak.’
Gelukkig bleef het niet bij deze ene ontdekking.