Europese detector ziet ruimtetijd trillen - opnieuw een bevestiging van Einsteins theorie

Voor de vierde maal wordt een rilling in Einsteins ruimtetijd gemeten

Een kleine week voor de zwaartekrachtgolfjagers van Ligo/Virgo een Nobelprijs voor de natuurkunde eigenlijk niet kan meer ontgaan, melden ze een nieuw succes. De internationale collaboratie met ondermeer het Nederlandse Nikhef-lab in Amsterdam heeft voor de vierde maal een rilling in Einsteins ruimtetijd gemeten, afkomstig van botsende zwarte gaten. Voor het eerst zag ook de Europese Virgo-detector in Pisa, Italië, de trillingen uit het universum aankomen.

Zwaartekrachtgolven ontstaan volgens de relativiteitstheorie van Albert Einstein uit 1915 bij heel heftige explosies of botsingen in de ruimte. Als in een waterbed waar een klap op wordt gegeven; planten golven zich daarna door de ruimte uit. Het LIGO-experiment is als een nieuw zintuig, dat het mogelijk maakt op een heel andere manier naar het heelal te kijken, tot de oerknal aan toe. Het meet met lasers de vervormingen van kilometerslange meetarmen die haaks op elkaar zijn geplaatst.

Geruchten

Afgelopen weken gonsde het van de geruchten over een nieuwe ruimtetijdgolf die de aarde medio augustus getroffen zou hebben. Die waarneming, heette het, zou extra bijzonder zijn omdat hij niet door twee botsende zwarte gaten veroorzaakt leek, maar door botsende neutronensterren. Bovendien, vertelden anonieme insiders ondermeer Nature en New Scientist, zouden astronomen in het sterrenbeeld Maagd ook lichtverschijnselen hebben waargenomen. Woensdag repte de LIGO/Virgo staf met geen woord over iets dergelijks. De trilling van 14 augustus, de vierde die ooit is gemeten, is relatief gewoontjes: veroorzaakt door zwarte gaten. En licht is er niet gezien. Woordvoerder David Shoemaker zei onlangs bij een bezoek aan Nederland wel dat het team ‘nog drie gebeurtenissen’ in onderzoek heeft.

Vorig jaar werden daarmee voor het eerst zwaartekrachtgolven gezien, die een bevestiging van Einsteins theorie betekenden en een nieuw venster op het heelal openden. Virgo is een vergelijkbaar Europees instrument met laserarmen van 3 kilometer lang in tunnels bij het Italiaanse Pisa. Van 1 tot 25 augustus keek Virgo mee met de twee Ligo-detectoren in Amerika.

Op een bijeenkomst van de wetenschapsministers van de G7-industrielanden in Turijn maakte de officiële woordvoerder van Ligo/Virgo en VU-hoogleraar Jo van den Brand bekend dat er op 14 augustus trillingen zijn opgevangen van twee elkaar opslokkende zwarte gaten, zo'n 1.8 miljard lichtjaar ver weg. De zwarte gaten, ingestorte sterren die zo zwaar zijn dat zelfs licht er niet meer uit kan ontsnappen, zijn volgens de analyses 31 en 25 keer zo zwaar als de zon. Ze vormen letterlijk een gat in ruimte en tijd.

Door gebruik van de twee LIGO-antennes kon voor het eerst preciezer worden aangewezen waar de bron van de signalen zich bevindt

Het botsende duo heeft volgens de analyses een nieuw zwart gat gevormd dat 53 zonsmassa's weegt. 'Dat betekent dat drie zonsmassa's direct in golfenergie zijn omgezet', zegt relativiteitstheoreticus Chris Van Den Broeck van Nikhef en Virgo. Die energie laat op aarde de meetarmen van de detectoren een fractie van een atoomdikte krimpen en uitzetten, bij de meting van 14 augustus half één 's middags, gedurende 14 millisecondes. De ruimtetijdrilling toont in principe de aanloop naar de botsing, waarin de zwarte gaten steeds sneller om elkaar heen spiraliseren.

Door gebruik van de twee Ligo-antenne's in de VS en Virgo in Italië kon voor het eerst preciezer een gebied aan de hemel worden aangewezen waar de bron van de signalen zich bevindt. Overigens hebben astronomen in die richting in augustus geen lichtflitsen of andere verschijnselen kunnen vinden.

Projectleider van de Nederlandse inbreng Frank Linde (Nikhef) is euforisch over de eerste meting met de detector in Italië. 'Dit is voor het Europese deel van Ligo/Vigro een groot feest. De detector doet het na veel technische tegenslagen, en dat we meteen zo'n mooi signaal zien is echt een cadeau', zegt hij. De trilling is indrukwekkend sterk, zegt Linde. 'Je kunt er niet overheen kijken.'

Virgo, gebouwd door twintig Europese onderzoeksgroepen uit zeven landen waaronder Nederland, kampte de laatste jaren langdurig met technische problemen. Vooral de ophanging van de zware spiegels in de lasertunnels bleek een nachtmerrie, omdat de glazen ophangdraden steeds braken.

Insiders tippen de bedenkers van LIGO voor een Nobelprijs natuurkunde, die dinsdag bekend gemaakt wordt

In augustus begon Virgo daarom met meten met spiegels die aan staaldraden zijn opgehangen. Daardoor is de gevoeligheid voor storende trillingen uit de omgeving groter en zijn metingen minder secuur dan in theorie zou kunnen. Virgo kon daardoor nog wel een maand parallel metingen doen aan de Ligo-stations in Louisiana en Washington, die daarna voor onderhoud uit bedrijf zouden gaan. 'Een prima strategie, zo blijkt', zegt Linde opgetogen. Binnenkort zullen de spiegels alsnog aan glaskabels worden opgehangen.

Wetenschappelijk is de nieuwe meting de eerste keer dat ook de zogeheten polarisatie van de ruimtetijdgolf bekeken kon worden, zegt Van Den Broeck. 'Daarvoor heb je minimaal drie verschillend gerichte antenne's nodig. Wat we nu zien is opnieuw een bevestiging van Einsteins theorie. De ruimte trilt, dat wisten we sinds vorig jaar. Nu kunnen we ook zien hoe precies.' Insiders tippen de bedenkers van Ligo voor een Nobelprijs natuurkunde, die dinsdag bekend gemaakt wordt.