Die zwaartekrachtsgolven doen de reeds opgevangen golven verbleken.

En als we deze zwaartekrachtsgolven niet binnen tien jaar detecteren, moeten we onze theorieën over hoe en waarom zwarte gaten fuseren misschien eens gaan herzien. Dat schrijven onderzoekers in het blad Nature Astronomy.

Wat zijn ook alweer zwaartekrachtsgolven?
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd die ontstaan door heftige gebeurtenissen in het universum. Einstein voorspelde hun bestaan meer dan een eeuw geleden al. En vorig jaar werden voor het eerst zwaartekrachtsgolven gedetecteerd. Inmiddels hebben onderzoekers van het LIGO en Virgo ze al meerdere malen opgevangen. De meeste van deze zwaartekrachtsgolven werden veroorzaakt door samensmeltende zwarte gaten (die enkele tientallen malen zwaarder waren dan onze zon). Maar er zijn recent ook zwaartekrachtsgolven gedetecteerd die ontstaan zijn door het botsen van twee neutronensterren.

Supermassieve zwarte gaten
Supermassieve zwarte gaten bevinden zich in het hart van grote sterrenstelsels – zoals onze Melkweg – en zijn miljoenen of zelfs miljarden keren zwaarder dan onze zon. Wanneer twee van zulke grote sterrenstelsels botsen en fuseren, verhuizen de supermassieve zwarte gaten die in de twee sterrenstelsels huizen naar het centrum van het nieuwe, gefuseerde sterrenstelsel. En daar komen ze elkaar tegen. De zwarte gaten gaan steeds dichter om elkaar heen draaien en fuseren. En daarbij komen intense zwaartekrachtsgolven vrij. Maar die hebben we tot op heden dus nog niet gespot. Dat is ook niet zo gek. Hun golflengtes liggen namelijk buiten het bereik van de LIGO- en Virgo-observatoria die op zwaartekrachtsgolven jagen.

Pulsars
Maar hoe kunnen we deze zwaartekrachtsgolven dan detecteren? Daarvoor moeten we een beroep doen op pulsars, zo schrijven de onderzoekers. Deze snel draaiende sterren sturen zeer regelmatig radiogolven naar de aarde. Wanneer een zwaartekrachtsgolf voorbij komt zetten, wordt de ruimte tussen de aarde en de pulsar iets uitgerekt en weer samengedrukt. En daardoor verandert het ritme van de radiogolven van de pulsar iets. Door te zoeken naar veranderingen in de ritmes van pulsars kunnen we dan ook de zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door de fusie van supermassieve zwarte gaten detecteren.

De onderzoekers hebben in hun studie ook vastgesteld welke sterrenstelsels het sterkst geneigd zijn om ons een glimp van zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door supermassieve zwarte gaten te gunnen. En dat zijn – best verrassend – juist de wat kleinere sterrenstelsels. Hoewel grotere sterrenstelsels zwaardere zwarte gaten herbergen en intensere zwaartekrachtsgolven afgeven, fuseren hun zwarte gaten ook sneller, waardoor we minder tijd hebben om zwaartekrachtsgolven te detecteren.

Tien jaar
Op dit moment zijn er drie projecten die de radiogolven van nabije pulsars detecteren. Samen vormen zij het International Pulsar Timing Array. En onderzoekers hebben nu uitgezocht hoelang het nog gaat duren voor deze drie projecten indirect zwaartekrachtsgolven van fuserende supermassieve zwarte gaten gaan opvangen. Daartoe brachten ze eerst alle nabijgelegen sterrenstelsels met daarin een supermassief zwart gat in kaart. Vervolgens combineerden ze die informatie met een kaart van alle nabijgelegen pulsars om uit te vogelen hoe groot de kans is dat we deze bijzondere, intense zwaartekrachtsgolven gaan waarnemen. “Als je rekening houdt met de posities van pulsars in het heelal, dan heb je in feite 100% kans dat je de komende 10 jaar iets gaat detecteren,” vertelt onderzoeker Chiara Mingarelli.

En als het niet lukt om de zwaartekrachtsgolven binnen tien jaar te detecteren? Dan moeten we wellicht onze ideeën omtrent de fusie van superzware zwarte gaten herzien. Zo kan het in dat geval zijn dat supermassieve zwarte gaten elkaar tot zo’n drie lichtjaar afstand naderen en vervolgens slechts heel traag nog naar elkaar toe bewegen en een fusie nog miljarden jaren op zich laat wachten.