Zwaartekrachtsgolven gedetecteerd 100 jaar na Einsteins voorspelling

De ontdekking waarover al maandenlang geruchten de ronde deden wordt beschouwd als een van de grootste wetenschappelijke doorbraken sinds decennia.

Trefwoorden: #astronomie, #Einstein, #Nationaal instituut voor subatomaire fysica, #Nikhef, #Vrije Universiteit Amsterdam, #wetenschap, #zwaartekrachtsgolven

Lees verder

research

( Foto: © MPI for Gravitational Physics/W.Benger-ZIBFig 18 )

ENGINEERINGNET.NL - Voor het eerst in de geschiedenis zijn wetenschappers erin geslaagd om zwaartekrachtsgolven te detecteren.

Zwaartekrachtsgolven zijn minieme rimpelingen in de ruimtetijd, die vrijwel exact 100 jaar geleden al voorspeld werden door Albert Einstein. De ontdekking is deze week gepresenteerd op twee persconferenties, in Washington (Verenigde Staten) en in Cascina (bij Pisa, Italië).

De zwaartekrachtsgolven zijn op 14 september 2015 om 10.51 uur Nederlandse tijd gedetecteerd. De gemeten golven zijn afkomstig van twee relatief zware zwarte gaten die in een steeds kleiner wordende baan om elkaar heen wentelden en uiteindelijk zijn versmolten tot één groter zwart gat.

Dat alles speelde zich af op zo'n 1,5 miljard lichtjaar afstand van de aarde. Uit de metingen kon veel informatie worden afgeleid over de versmelting.

Zo is gebleken dat de zwarte gaten 30 tot 35 maal zo zwaar waren als de zon en zwaarder zijn dan de stellaire zwarte gaten die tot nu toe op indirecte wijze in het Melkwegstelsel zijn ontdekt. Vlak voor de versmelting draaiden ze maar liefst 75 maal per seconde om elkaar heen.

Het resulterende versmolten zwarte gat heeft een massa van 62 zonsmassa's. In totaal is maar liefst drie maal de massa van de zon omgezet in energie, die volledig in de vorm van zwaartekrachtsgolven is uitgestraald. Het hele proces nam niet langer dan 0,2 seconden in beslag; in die periode is drieduizend maal zo veel energie vrijgekomen als de zon gedurende zijn hele leven genereert.

Nederlandse wetenschappers zijn nauw betrokken bij deze baanbrekende ontdekking. 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 (waaronder ook de Belgische professor Gijs Nelemans) cruciale bijdragen geleverd aan de validatie van de meting, de data-analyse van deze zwaartekrachtsgolven, en meegewerkt aan de astrofysische interpretatie.

De zwaartekrachtsgolf is vrijwel gelijktijdig waargenomen door de twee detectoren van het LIGO-observatorium in de Verenigde Staten (Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory), in Livingston (Louisiana) en Hanford (Washington).

Dat gebeurde helemaal aan het begin van een gezamenlijke meetcampagne, nadat LIGO gedurende een paar jaar voor circa 220 miljoen dollar een ingrijpende upgrade had gekregen, waarmee de detectoren enorm veel gevoeliger waren geworden.

LIGO meet zwaartekrachtsgolven door de onwaarschijnlijk kleine variaties te detecteren in de reistijd van laserstralen die honderden malen heen en weer gekaatst worden in kilometerslange vacuümtunnels.

Een vergelijkbare laser-interferometer, Virgo geheten, staat in Cascina in Italië en ondergaat momenteel een upgrade naar een hogere gevoeligheid, waarbij Nederlandse natuurkundigen van het Amsterdamse Nikhef-instituut nauw zijn betrokken.

Later dit jaar kunnen de twee LIGO-detectoren met Virgo gaan samenwerken, en zal het mogelijk zijn om de herkomstrichting van geregistreerde zwaartekrachtsgolven veel nauwkeuriger vast te stellen.

Nikhef levert binnen de LIGO-Virgo-samenwerking belangrijke bijdragen zowel aan instrumentatie als aan data-analyse. Met name software voor het detecteren en modelleren van zwaartekrachtsgolven afkomstig van samensmeltende zwarte gaten en neutronensterren, maar ook voor de zoektocht naar continue zwaartekrachtsgolven van bijvoorbeeld snel draaiende neutronensterren in binaire systemen.

Voor de Advanced Virgo-detector, die als uitbreiding van het LVC-netwerk dit jaar in gebruik genomen zal worden, is Nikhef verantwoordelijk voor seismische isolatie en voor optische sensoren die de stabiele werking van het instrument moeten garanderen. Verder speelt Nikhef een belangrijke rol binnen het Einstein Telescope project, een toekomstig observatorium voor zwaartekrachtsgolven.

De sterrenkundigen van de Nederlandse Radboud Universiteit richten zich op de astrofysische interpretatie en het combineren van zwaartekrachtsgolfinformatie met gegevens van traditionele telescopen.

Daarvoor ontwikkelen ze binnen de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie onder andere de BlackGEM-telescoop.