Zwaartekrachtsgolven van botsende neutronensterren zullen het mysterie helpen oplossen.

We weten dat ons universum over de afgelopen 13,8 miljard jaar is uitgedijd. Maar hoe snel groeit ons heelal nu nog? Dat weten we eigenlijk niet. Om dit te berekenen, gebruiken astronomen de hubbleconstante. Maar de schattingen van de snelheid waarmee het heelal uitdijt, lopen enigszins uiteen. Hoewel onderzoekers nu nog in het donker tasten, hebben we misschien toch binnen tien jaar tijd een antwoord op deze prangende vraag.

Hubble Constante
“De hubbleconstante is een van de belangrijkste manieren in de kosmologie om de kromming van de ruimte en de ouderdom van het universum te schatten,” zegt onderzoeker Hirvana Peiris. Echter zijn de twee beste methoden om de hubbleconstante te meten niet in overeenstemming met elkaar. “We kunnen de hubbleconstante meten door Cepheïden (pulserende sterren, red.) en supernova’s waar te nemen en door metingen te verrichten van kosmische achtergrondstraling uit het vroege universum,” legt Peiris uit. “Deze twee methoden geven echter niet dezelfde waarden, wat betekent dat ons standaard kosmologisch model mogelijk niet klopt.”


Wat zijn zwaartekrachtsgolven?

Zwaartekrachtsgolven worden uitgezonden tijdens extreme gebeurtenissen in het heelal, zoals een botsing tussen twee zwarte gaten of twee neutronensterren. In het laatste geval cirkelen twee neutronensterren al enige tijd rond elkaar, terwijl de onderlinge afstand gaandeweg steeds kleiner wordt. Op deze manier tollen ze in elkaars richting en verstoren de omringende ruimtetijd, waardoor er zwaartekrachtsgolven ontstaan. De lichtflits die volgt kan worden waargenomen met telescopen. De eerste zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door botsende neutronensterren werd in augustus 2017 gedetecteerd.

Neutronensterren
De nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters laat echter zien dat nieuwe gegevens van zwaartekrachtsgolven het probleem wellicht zullen oplossen. Zo stellen de onderzoekers dat er meer metingen van gravitatiegolven nodig zijn van botsende neutronensterren.

Zeldzaam
Zulke gebeurtenissen zijn echter ontzettend zeldzaam. Toch zijn ze van onschatbare waarde in het ontrafelen van het mysterie van ons uitdijende universum. Dit komt omdat zwaartekrachtsgolven rimpelingen veroorzaken in ruimtetijd, die vervolgens kunnen worden opgevangen door Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de Virgo-experimenten. Deze kunnen vervolgens een nauwkeurige metingen geven van de afstand van het systeem tot de aarde. Door bovendien het licht van de bijbehorende explosie waar te nemen, kunnen astronomen de snelheid van het systeem bepalen en dus de hubbleconstante berekenen met behulp van de wet van Hubble.

Maar hoeveel waarnemingen van botsende neutronensterren zijn er nodig? In de studie hebben de onderzoekers gemodelleerd dat we rekening moeten houden met zo’n 50 botsende neutronensterren. “Door het observeren van 50 botsende neutronensterren hebben we voldoende data om de beste meting van de hubbleconstante te doen,” zegt onderzoeksleider Stephen Feeney. En dat betekent dat we langzaam maar gestaag op het antwoord afstevenen hoe snel ons universum uitdijt. “We zouden genoeg botsende neutronensterren moeten kunnen detecteren om deze vraag binnen vijf tot tien jaar te beantwoorden,” besluit Feeney.