Nr3: GW170104

Nr3: GW170104

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
OPNIEUW ZWAARTEKRACHTSGOLF GEMETEN. DE DERDE DETECTIE GEEFT EEN HINT OVER DE DRAAIRICHTING VAN DE ZWARTE GATEN.

Er zijn voor de derde keer zwaartekrachtsgolven, rimpelingen in de ruimtetijd, gedetecteerd. Net zoals het geval was bij de eerste twee waarnemingen, ontstonden de golven toen twee zwarte gaten samensmolten tot een zwaarder zwart gat. De ontdekking, die is gepubliceerd in Physical Review Letters, is gedaan door de LIGO Scientific Collaboration en de Virgo Collaboration, gebruikmakend van data van de twee LIGO-detectoren.

De gebeurtenis vond plaats op 4 januari 2017, tijdens de huidige meetperiode van de twee LIGO-detectoren in Hanford (Washington) en Livingston (Louisiana) in de Verenigde Staten. De huidige meetperiode begon op 30 november 2016 en zal nog de hele zomer voortduren. Binnenkort zal ook de Virgo-detector in Europa zich aansluiten. Daardoor zal het gehele detectornetwerk de positie van de bronnen van zwaartekrachtsgolven met grotere nauwkeurigheid kunnen bepalen. Het nieuwe zwarte gat staat op drie miljard lichtjaar afstand van de aarde. Dat is twee keer zo ver weg als de twee eerder ontdekte kosmische botsingen die de bron waren van een zwaartekrachtsgolf. Het nieuwe zwarte gat weegt circa 49 keer zoveel als onze zon, meldt het door Physical Review Letters geaccepteerde paper. Nederlandse wetenschappers van Nikhef, de Vrije Universiteit en Radboud Universiteit waren als leden van de ‘LIGO Scientific Collaboration – Virgo Collaboration’ (LVC) nauw betrokken bij de detectie en interpretatie van deze derde meting van zwaartekrachtsgolven.

“Met deze derde detectie bevestigen we het bestaan van een onverwachte populatie van stellaire zwarte gaten met massa’s die groter zijn dan 20 keer de massa van de zon”, zegt Jo van den Brand van Nikhef en de Vrije Universiteit Amsterdam. Van den Brand is onlangs verkozen tot woordvoerder van de Virgo Collaboration, waaraan meer dan 280 internationale wetenschappers zijn verbonden die samen met de LIGO Collaboration onderzoek doen naar zwaartekrachtsgolven. “Alle wetenschappers van LIGO en Virgo hebben samengewerkt om deze verbazingwekkende detecties te realiseren van zulke vreemde en extreme gebeurtenissen die miljarden jaren geleden plaatsvonden.”

Gekanteld en tegen de draad

Uit de meest recente waargenomen zwaartekrachtgolven is ook af te lezen hoe de rotatie van de samensmeltende zwarte gaten moet zijn geweest. Die kunnen behalve om elkaar, ook om hun eigen as draaien, net als bijvoorbeeld de Aarde en de Maan. De snelheid waarmee ze draaien en de hoek van hun draaiassen met het baanvlak hebben een invloed op het uitgezonden zwaartekrachtssignaal.
Bij de twee eerdere metingen van zwaartekrachtsgolven was alleen duidelijk dat de zwarte gaten ofwel langzaam draaien ofwel sterk gekanteld waren. De nieuwe meting suggereert dat misschien tenminste één zwart gat zo sterk gekanteld is dat het in tegengestelde richting draait.

‘Dit is belangrijke informatie over de vorming van deze dubbele zwarte gaten’, zegt Samaya Nissanke, een van de betrokken Nijmeegse astronomen. ‘Als ze ontstaan uit een dubbelster moeten de sterren bij het in elkaar storten tot zwart gat sterk kantelen. Als de zwarte gaten los zijn ontstaan en door dynamische interacties een dubbelsysteem gevormd hebben, is iedere hoek tussen draai-as en baanvlak mogelijk.’

Einsteins algemene relativiteitstheorie opnieuw getest

“We hebben de theorieën van Albert Einstein opnieuw op de proef gesteld door naar een effect te kijken dat dispersie wordt genoemd”, zegt Chris Van Den Broeck van Nikhef. Dit effect treedt op wanneer lichtgolven zich, afhankelijk van hun golflengte, op verschillende snelheden bewegen in een fysiek medium zoals glas; het is vergelijkbaar met de manier waarop een prisma een regenboog maakt. “Einsteins algemene relativiteitstheorie stelt dat er geen dispersie in zwaartekrachtsgolven kan plaatsvinden terwijl ze zich voortbewegen van hun bron naar de aarde. Het lijkt erop dat Einstein gelijk had – ook nu weer als we kijken naar deze nieuwe gebeurtenis, die twee keer zo ver weg plaatsvond als onze eerste detectie. We kunnen geen afwijking ontdekken van de voorspellingen uit zijn relativiteitstheorie.”

Advanced Virgo

Virgo heeft een groot upgradeprogramma uitgevoerd, Advanced Virgo. Een eerste technische run met alle systemen operationeel is in de eerste week van mei succesvol afgerond. De gevoeligheid verbetert snel en Virgo zal naar verwachting binnenkort aansluiten bij de LIGO-detectoren om te helpen bij onze zoektocht naar verder inzicht in de oorsprong en evolutie van ons heelal.

“Er is grote opwinding binnen het commissioning team en de wetenschappers van de hele Virgo collaboration”, zegt Alessandro Bertolini van Nikhef. “Enkele maanden geleden zijn de installaties voor Advanced Virgo voltooid, en nu wordt de detector in bedrijf genomen. We zien al dat de detector zeer robuust werkt. Op dit moment zijn we intensief bezig om de achtergrondruis te verminderen en we zien uit naar de aansluiting van Virgo bij de twee LIGO-detectoren tijdens de huidige meetperiode. Na het afronden hiervan zullen de drie detectoren de beoogde mid-term upgrades uitvoeren om hun gevoeligheid nog verder te verbeteren.”