Nu al één van de grootste ontdekkingen van deze eeuw!

Het LIGO-Virgo-samenwerkingsverband heeft voor de vijfde keer zwaartekrachtsgolven gedetecteerd. En voor het eerst zijn deze zwaartekrachtsgolven niet het resultaat van samensmeltende onzichtbare zwarte gaten, maar van botsende zichtbare neutronensterren. En voor het eerst hebben onderzoekers dus kunnen zien waar de zwaartekrachtsgolven vandaan komen. “Het is voor het eerst dat een kosmische gebeurtenis zowel geobserveerd is door het licht dat werd afgegeven en de zwaartekrachtsgolven die deze in de ruimtetijd veroorzaakte,” stelt professor Matthew Bailes, directeur van het ARC Centre of Excellence for Gravitational Waves (OzGrav). “Het is heel redelijk om te zeggen dat dit één van de grootste astronomische ontdekkingen van deze eeuw tot zo ver is,” denkt dr. Paul Lasky, eveneens verbonden aan het OzGrav en tevens actief binnen het LIGO-Virgo-samenwerkingsverband.

Hemellichamen zorgen er met hun zwaartekracht voor dat de ruimtetijd lokaal gekromd wordt. Afbeelding: NASA.

Wat zijn zwaartekrachtsgolven?
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd. Die ruimtetijd kun je jezelf het beste voorstellen als een laken. Planeten en sterren liggen als ballen op dit laken, waardoor de ruimtetijd lokaal gekromd is. En dan zijn er ook nog golven die door de ruimtetijd reizen: zwaartekrachtsgolven. Ze ontstaan bij hele bijzondere gebeurtenissen, zoals het samensmelten van zwarte gaten of botsen van neutronensterren. Albert Einstein voorspelde meer dan 100 jaar geleden al dat zwaartekrachtsgolven bestonden, maar pas in 2016 werden ze voor het eerst gedetecteerd. Inmiddels hebben onderzoekers al verscheidene keren zwaartekrachtsgolven gespot: in juni 2016, juni 2017 en september 2017. Maar keer op keer waren die zwaartekrachtsgolven het resultaat van samensmeltende zwarte gaten.

Neutronensterren
Tot nu. Voor het eerst hebben onderzoekers namelijk zwaartekrachtsgolven ontdekt die ontstonden door het botsen van neutronensterren. En waar fuserende zwarte gaten geen licht produceren, doen fuserende neutronensterren dat wel. “Het was voor het eerst dat astronomen de gebeurtenis waaruit de zwaartekrachtsgolven voortkwamen, konden lokaliseren en het in detail met telescopen konden observeren,” vertelt onderzoeker Jeff Cooke, werkzaam aan het Centre for Astrophysics & Supercomputing van de Swinburne University of Technology.

“De gebeurtenis stelt ons in staat om te zien waar en hoe exotische elementen zoals goud, platinum en uranium ontstaan”

Neutronensterren zijn sterren met een enorme dichtheid. “Astronomen hebben er al veel ontdekt,” vertelt professor Susan Scott, ook betrokken bij het LIGO. “Soms enkele, maar ook dubbele neutronensterren die om elkaar draaien. Wanneer ze om elkaar heen cirkelen, geven ze zwaartekrachtsgolven af en wordt hun baan steeds kleiner. We wisten dat uiteindelijk vele van deze sterren tijdens gewelddadige botsingen op elkaar zouden klappen, maar hadden het nog nooit zien gebeuren. Astronomen wisten simpelweg niet waar ze – op het juiste moment – hun telescopen op moesten richten.” De LIGO- en Virgo-observatoria die jagen op zwaartekrachtsgolven hebben wat dat betreft een streepje voor op de conventionele telescopen. “Ze kunnen niet op één punt op het heelal gericht worden, maar wachten gewoon tot er iets ‘groots’ gebeurt in het universum. En op 17 augustus gebeurde er iets groots: een zwaartekrachtsgolf die het resultaat was van twee botsende neutronensterren benaderde onze detectoren. Het was de dichtstbijzijnde bron en het sterkste signaal dat we tot op heden hebben aangekondigd.” Snel stuurden de astronomen de locatie van de bron van het signaal naar collega’s wereldwijd en zij richtten hun telescopen op het betreffende stukje heelal. En met succes, zo vertelt Lasky. “In de uren, dagen en weken die volgden zagen we deze gebeurtenissen op alle golflengten, waaronder röntgen, ultraviolet, optisch en radio.”

Een artistieke impressie van twee botsende neutronensterren. Afbeelding: National Science Foundation / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet.

De implicaties
Het heeft een schat aan informatie opgeleverd. Onderzoekers zijn dan ook heel wat wijzer geworden van deze bijzondere botsing, die plaatsvond op zo’n 130 miljoen lichtjaar afstand. Zo bevestigt de ontdekking dat zwaartekrachtsgolven met de snelheid van het licht door de ruimte bewegen. Onderzoekers leiden dat af uit het feit dat het licht dat door de botsende neutronensterren werd geproduceerd gelijktijdig met de zwaartekrachtsgolven op aarde arriveerde. Maar dat is nog niet alles. Voor het eerst kunnen onderzoekers bevestigen dat tijdens een fusie van neutronensterren korte gammaflitsen vrijkomen: iets wat al 50 jaar vermoed wordt, maar nog nooit bewezen kon worden. Tevens bevestigen de waarnemingen dat een fusie van twee neutronensterren vergezeld gaat door een kilonova: een heldere explosie die zo’n 1000 keer helderder is dan een nova. Theorieën voorspelden al dat dergelijke explosies en een fusie van neutronensterren hand in hand gingen. “Maar het is nog nooit geobserveerd,” stelt Cooke. “Met deze observaties hebben we voor het eerst een kilonova gezien, de theorie bevestigd en begrijpen we nu hoe ze werken (…) We observeerden een kilonova die zich voor onze ogen ontvouwde, veel mooier dan we ons ooit konden voorstellen. Kilonovae produceren de zwaarste elementen die ons vandaag de dag omringen. De gebeurtenis stelt ons in staat om te zien waar en hoe exotische elementen zoals goud, platinum en uranium ontstaan.” Maar er is meer. “Nu we de afstand en de kracht van de gebeurtenis weten, hebben we een nieuwe manier gevonden om de snelheid waarmee het universum uitdijt en de leeftijd van het universum te meten.”

Meer weten over de wijze waarop zwaartekrachtsgolven opgespoord worden en waarom het zolang duurde voor we de eerste zwaartekrachtsgolven ontdekten? Of wil je weten wat zwaartekrachtsgolven ons (op termijn) allemaal kunnen vertellen en waarom onderzoekers er zo op gebrand zijn om ze te ontdekken? Lees er hier alles over!

Volgens astronomen luidt de ontdekking een nieuw tijdperk in: het tijdperk van de multi-messenger astronomy. “Toen de LIGO-Virgo-samenwerking zwaartekrachtsgolven detecteerde, konden we de bron van de zwaartekrachtsgolven detecteren, maar wisten we slechts ongeveer de locatie. Nu weten we zowel wat er gebeurd is als waar het gebeurd is,” stelt professor Peter Veitch, eveneens verbonden aan het OzGrav. “Multi-messenger gravitational astronomy is geboren.” En dit is nog maar het begin, zo denkt David Ottaway, eveneens verbonden aan het OzGrav. “We hebben nu voor het eerst een gebeurtenis middels multi-messenger gravitational astronomy gezien, maar met een verbeterde sensitiviteit kunnen we nog veel meer van deze kosmische gebeurtenissen observeren. Met meer observaties zullen we in staat zijn om een duidelijker beeld te krijgen van de evolutie van onze sterren en sterrenstelsels en de geboorte en ontwikkeling van het universum.”