Ruimtetrilling blijkt geen zeldzaamheid; opnieuw gravitatiegolf waargenomen

Opnieuw hebben de grote LIGO-gravitatiegolfmeters in de VS een rilling in de ruimte opgevangen die 1,4 miljard jaar geleden moet zijn veroorzaakt doordat diep in het heelal twee zwarte gaten elkaar opslokten. Dat is woensdagavond op een persconferentie in San Diego bekendgemaakt. Het kosmische trilsignaal werd op 26 december 2015 opgevangen in de kilometers lange laserarmen van de detectoren in Washington en Louisiana.

Onderzoekers aan het werk bij de LIGO-detector in Hanford. Beeld LIGO

Het is de tweede keer dat het LIGO-team een passerende gravitatiegolf uit het heelal met genoeg zekerheid oppikt, en dat is een hele opluchting, zegt een van de betrokken Nederlanders, prof Jo van den Brand van het Nikhef in Amsterdam. 'Het laat zien dat onze eerste waarneming geen toevalstreffer was, maar dat het heelal vermoedelijk vol zit met dit soort signalen.'

Tegelijk toont de nieuwe waarneming ook dat er kennelijk een hele populatie van dit soort zwarte gaten bestaat, die beduidend zwaarder zijn dan astronomen hadden verwacht. Zwarte gaten zijn ingestorte sterren, die de ruimte zodanig vervormen dat er geen licht meer uit kan ontsnappen.

In februari van dit jaar was het eerste bewijs van trillingen in de ruimte wereldnieuws met persconferenties in verschillende tijdzone's. De ontdekking was een bevestiging van Albert Einsteins zwaartekrachttheorie uit 1916, die ruimte en tijd als één plastisch geheel ziet.

Tekst gaat verder onder de graphic

Beeld de Volkskrant

Trilling

Massa's van bijvoorbeeld planeten en sterren vervormen die ruimtetijd, waardoor ze naar elkaar toe willen bewegen alsof ze onderling aan elkaar trekken. Volgens Einstein kon de ruimtetijd bij massieve gebeurtenissen ook in trilling raken, ongeveer als golven op een waterbed waarop een klap wordt gegeven. Lang werd getwijfeld of dat te meten zou zijn, zo subtiel waren de voorspelde rillingen. Op 11 februari van dit jaar maakte LIGO bekend het wel te kunnen meten.

Volgens de bekendmaking woensdag, op een persconferentie bij de jaarvergadering van de Amerikaanse astronomenvereniging AAS, is de golf die op 26 december 04.38 uur (Nederlandse tijd) werd opgepikt afkomstig van twee zwarte gaten die steeds sneller om elkaar heen draaiden tot ze abrupt in elkaar opgingen. Daardoor voelen de LIGO-detectoren een kenmerkend 'tsjirp'-signaal met een snel oplopende trilsnelheid.

Uit die tsjirp kunnen theoretici opmaken wat er precies op elkaar botste. Berekeningen laten zien dat het ditmaal vermoedelijk gaat om zwarte gaten die 14 en 8 keer zo zwaar waren als de zon. Het resterende zwarte gat wordt geschat op 21 zonsmassa's zwaar. Bij de botsing blijkt een hele zonsmassa als energie in ruimterillingen omgezet, volgens Einsteins beroemde formule E=mc2 die massa en energie inwisselbaar maakt.

De eerste ruimtegolf kwam van een veel zwaarder stel zwarte gaten van meer dan 30 zonsmassa's elk, op een afstand van ongeveer 1.3 miljard lichtjaar van de aarde. Daarbij kwam drie zonsmassa's aan pure trillingsenergie vrij.

Derde golf?

De gravitatiegolf die LIGO woensdag bekend maakte is mogelijk niet de tweede maar zelfs al de derde ruimterilling die de detectoren in Louisiana en Washington hebben gespot. Op 12 oktober 2015 werd om 11.54 uur ook een typische vervorming van de meetarmen gezien, maar die was volgens de strenge statistische afspraken van LIGO net te klein om als ontdekking mee te tellen. ‘Misschien zijn we wat te hard voor onszelf’, zegt een betrokkene. Nu staat GW151012 bij LIGO als een ‘kandidaat’ te boek.

Reuzendetectoren

LIGO heeft momenteel twee identieke reuzendetectoren in de staten Washington en Louisiana. Beide bestaan uit twee in een haakse hoek geplaatste laseropstellingen met spiegels op een kilometer afstand. Een passerende ruimtegolf vervormt de afstanden tussen de spiegels, waardoor hij wordt opgemerkt. De vervormingen zijn miniem, maar wel meetbaar. Grootste probleem zijn trillingen uit de omgeving en de aarde zelf, die geregeld vals alarm veroorzaken.

De allereerste gravitatiegolf GW150914 werd op 14 september 2015 waargenomen op een moment dat de LIGO-detectoren net een jarenlange upgrade hadden ondergaan. De vondst werd maandenlang stilgehouden voor de buitenwereld om zeker te zijn dat het geen meetfout of storing was. Gedurende de langdurige studie van het eerste signaal werd er wel doorgemeten tot begin januari, maar moest die nieuwere meetgegevens wachten op analyse.

Pas na de bekendmaking en publicatie van de eerste golf was daarvoor wel tijd. Daarbij kwam een golfje van 26 december het eerst aan bod, driemaal zwakker dan het eerste geval. Deze tweede golf draagt de naam GW151226. Dat er binnen de meetperiode meer echte botsingen zouden worden gevonden, was op voorhand niet duidelijk, zegt Van den Brand. LIGO gaat komend najaar verder met meten, later aangevuld met de nieuwe Virgo-detector bij Pisa in Italië, waar ook de Nederlanders een grote rol spelen.

De LIGO-detector in Hanford in de Amerikaanse staat Washington, met haaks op elkaar 4 kilometer lange tunnels met laserapparatuur. Beeld LIGO

Einstein Telescoop (ET)

Waar aan de hemel de golven vandaan komen, is met twee detectoren niet goed te zeggen. Die van september kwam uit het zuiden en trof Louisiana 7 milliseconde eerder dan Washington; de nieuwe van december zag Washington juist een milliseconde eerder dan Louisiana.

Inmiddels zijn er ook plannen voor nieuwe gravitatiegolfdetectoren, die samen veel beter de plek aan de hemel kunnen aanwijzen waar een golf vandaan moet zijn gekomen. Het meest geavanceerde plan is voor de Einstein Telescoop (ET), die geen twee maar drie armen heeft in een gesloten driehoek. Ondermeer de Vaalserberg in Zuid-Limburg wordt onderzocht als een potentiële locatie voor deze ondergrondse superdetector.

Vorige week werd ook een test afgerond van een meetsysteem voor ruimterillingen met behulp van een aantal satellieten. Dat LISA-systeem kan veel groter worden dan de detectoren op aarde en kan daarmee veel verder het heelal in voelen.

Ontdekking zwaartekrachtgolven biedt kans voor vervolgproject in Limburg

De directe waarneming van Einsteins zwaartekrachtgolven was wereldnieuws dat ook in Limburg met gejuich werd ontvangen. Want het biedt een geweldige kans voor een vervolgproject, onder de Vaalserberg. (+)

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.