Nr2: GW151226

Nr2: GW151226

DE DOOR EINSTEINS ALGEMENE RELATIVITEITSTHEORIE VOORSPELDE RIMPELINGEN IN DE RUIMTETIJD ZIJN VOOR HET EERST DAADWERKELIJK GEMETEN. DE TWEE AMERIKAANSE LIGO-DETECTOREN KREGEN OP 14 SEPTEMBER 2015 EEN ‘KNETTERHELDER’ SIGNAAL BINNEN
DE DOOR EINSTEINS ALGEMENE RELATIVITEITSTHEORIE VOORSPELDE RIMPELINGEN IN DE RUIMTETIJD ZIJN OPNIEUW DAADWERKELIJK GEMETEN. DE TWEE DETECTIE IS VAN EEN SAMENSMELTING VAN LAGERE MASSA ZWARTE GATEN.

Op 26 december 2015 om 04:38:53 Nederlandse tijd hebben wetenschappers voor de tweede keer zwaartekrachtsgolven waargenomen. De ontdekking, die geaccepteerd is voor publicatie in Physical Review Letters, is gedaan door de LIGO Scientific Collaboration en de Virgo Collaboration, gebruikmakend van data van de twee LIGO-detectoren.

Zwaartekrachtsgolven bevatten informatie over hun turbulente oorsprong en over de aard van zwaartekracht, die op geen andere manier kan worden verkregen. Natuurkundigen hebben geconcludeerd dat de gedetecteerde zwaartekrachtsgolven zijn ontstaan tijdens de laatste momenten van de samensmelting van twee zwarte gaten – met 14 en 8 keer de massa van de zon – waardoor één enkel, zwaarder, tollend zwart gat ontstond dat 21 keer de massa van de zon weegt.

“Het is geweldig dat we binnen een paar maanden al twee krachtige botsingen hebben gezien. Deze zwarte gaten zijn veel minder zwaar dan de zwarte gaten die geobserveerd zijn in de eerste detectie”, zegt Jo van den Brand, leider van Nikhef’s zwaartekrachtsgolven-programma en professor in de natuurkunde aan de Vrije Universiteit Amsterdam. “Het is een veelbelovende start van het in kaart brengen van de populatie van zwarte gaten in ons universum.”

Tijdens de samensmelting, die ongeveer 1,4 miljard jaar geleden plaatsvond, werd een hoeveelheid energie grofweg gelijk aan de massa van de zon omgezet in zwaartekrachtsgolven. Het waargenomen signaal komt van de laatste 27 omwentelingen van de zwarte gaten vóór hun samensmelting tot één zwart gat. Op basis van de aankomsttijd van de signalen (de golven kwam 1,1 millisecondes eerder aan in de Louisiana-detector dan in de Hanford-detector) kan de positie van de bron aan de hemel grofweg worden bepaald.

Nieuwe astronomie

“Binnenkort kunnen we met drie detectoren nog veel beter de positie van de bronnen van  zwaartekrachtsgolven bepalen”, zegt Stan Bentvelsen, directeur van Nikhef. “Want de Europese interferometer Advanced Virgo staat op het punt om aan te sluiten bij de LIGO-interferometers en zal daarmee een significante bijdrage gaan leveren aan het detectienetwerk van zwaartekrachtsgolven.”

Samaya Nissanke, sterrenkundige en Excellence Fellow van de Radboud Universiteit vult aan:“Daarmee kunnen we dan veel efficiënter elektromagnetische telescopen richten en zo de fysica van het samensmelten van zwarte gaten en neutronensterren bestuderen.”

‘Met het blootleggen van deze populatie van zwarte gaten zijn we begonnen met zwaartekrachtsgolven-astronomie. Het is een opwindende week met eerst de uitstekende werking van LISA-Pathfinder en nu weer een botsing van zwarte gaten,‘ zegt sterrenkundige Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit & KU Leuven, en verbonden aan Nikhef.

Nederlandse wetenschappers spelen belangrijke rol bij ontdekking zwaartekrachtsgolven

Net als bij de eerste detectie van zwaartekrachtsgolven waren Nederlandse wetenschappers ook nauw betrokken bij deze tweede detectie. Als leden van de ‘LIGO Scientific Collaboration – Virgo Collaboration’ (LVC) hebben natuurkundigen van het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en de Vrije Universiteit Amsterdam, en sterrenkundigen van de Radboud Universiteit cruciale bijdragen geleverd aan de validatie van de meting, de data-analyse van deze zwaartekrachtsgolven, en meegewerkt aan de astrofysische interpretatie. Lees verderop meer details over deze Nederlandse bijdrage.

“Omdat we bij dit nieuwe event veel meer omwentelingen van de twee zwarte gaten konden waarnemen voorafgaand aan de samensmelting, konden weer andere aspecten van de algemene relativiteitstheorie onder de loep worden  genomen. De manier waarop zwaartekrachtsgolven eerst worden opgewekt door  de snel om elkaar heen bewegende zwarte gaten en dan worden verstrooid door de sterke ruimtetijdkromming in hun buurt, kon in detail worden gemeten. De resultaten van de analyses uitgevoerd op Nikhef zijn ook hier in overeenstemming met de voorspellingen van Einsteins theorie”, zegt Chris Van Den Broeck, coördinator data-analyse van de collaboratie en Nikhef-onderzoeker.

De eerste detectie van zwaartekrachtsgolven, bekend gemaakt op 11 februari 2016, was een mijlpaal in de natuurkunde en astronomie; het bevestigde een belangrijke voorspelling van Albert Einstein’s relativiteitstheorie uit 1915, en markeerde de start van de nieuwe richting van zwaartekrachtsgolven-astronomie.

Beide ontdekkingen zijn mogelijk gemaakt door de verbeterde capaciteiten van Advanced LIGO, een belangrijke upgrade die de gevoeligheid van de instrumenten verbetert ten opzichte van de eerste generatie LIGO-detectoren. Dit maakt het mogelijk om het volume van het heelal dat bestudeerd wordt, sterk te vergroten.

Advanced LIGO’s volgende data-taking run zal deze herfst beginnen. Het is de verwachting dat tegen die tijd verdere verbeteringen van de detectorgevoeligheid van LIGO het mogelijk maken om 1,5 tot 2 keer zoveel volume van het universum te bereiken. De Advanced Virgo-detector sluit naar verwachting aan in de tweede helft van de aankomende run.