Ultieme toets voor de relativiteitstheorie
Als met deze meting het bestaan van zwaartekrachtsgolven al is bewezen, wat gaan de onderzoeksinstrumenten dan verder doen? Voor natuurkundigen zijn nieuwe, en preciezere metingen relevant om meer experimentele ondersteuning of wellicht afwijkingen te vinden van de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie (ART). De algemene relativiteitstheorie is de manier om de wetten van de natuurkunde zo te schrijven dat deze altijd gelden. De theorie die Einstein in 1915 publiceerde was een uitbreiding op de speciale relativiteitstheorie. Hier stelde hij vast dat ruimte en tijd onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Alleen duurde het even totdat hij een idee hoe had versnellende massa’s in dit beeld pasten. De objecten met massa moeten deze ruimtetijd wel beïnvloeden en hierdoor ontstaat er een kromming van de ruimtetijd.
De wiskundige vergelijkingen die hij hierbij opstelden zorgen ervoor dat je precies kunt voorspellen welke interacties er tussen massa’s plaatsvinden, veel nauwkeuriger dan Isaac Newton eerder kon doen.
‘De ART is een fundament van de hedendaagse natuurkunde,’ zegt Chris van den Broeck. ‘Het is van het grootste belang dat de theorie in de meest extreme situaties wordt getest. De ideale laboratoria hiervoor zijn samensmeltende zwarte gaten. De objecten bestaan uit vacuüm en zijn gemaakt van gekromde ruimtetijd. Materie speelt geen enkele rol.’
’De eerste ontdekking ging om onverwacht zware zwarte gaten. Zo zagen we de versmelting van de zwarte gaten, de vorming van een enkel zwart gat, en het na-trillen daarvan.’
Extreme omstandigheden
Nederlandse natuurkundigen hebben het voortouw genomen in de wetenschappelijke exploratie van zwaartekrachtsgolven. In de toekomst hopen de onderzoekers ook neutronensterren te zien botsen. ‘In de nabije toekomst hopen we ook lichtere zwarte gaten te zien, die we in een ingewikkelde dans om elkaar heen zullen zien draaien alvorens ze versmelten. Met meer en meer events, zullen verschillende aspecten van de ART kunnen worden ontrafeld,’ zegt Van Den Broeck.
‘Dan zullen we materie onder de meest extreme omstandigheden in interactie zien treden met ruimtetijd. De heilige graal is het waarnemen van zwaartekrachtgolven uitgezonden door extreme gebeurtenissen tijdens de Big Bang. Zwaartekrachtsgolven zijn onze enige manier om hier rechtstreeks naar te kijken.’
Nieuwe bronnen
Om zwaartekrachtsgolven van de Big Bang of van neutronensterren te ontdekken zijn weer andere berekeningen nodig. Henk Jan Bulten, natuurkundige bij het Nikhef, heeft hiervoor methodes ontwikkeld die ook breed binnen het LIGO-Virgo netwerk gebruikt worden. Het wachten is op de juiste signalen…