Waaronder mogelijk – voor het eerst – een botsing tussen een zwart gat en een neutronenster.

Het was in 2016 wereldnieuws toen onderzoekers bekend maakten dat ze een jaar eerder voor het eerst zwaartekrachtgolven hadden gedetecteerd. Een nieuw onderzoeksveld was geboren en in de jaren die volgden konden wetenschappers regelmatig nieuwe ontdekkingen melden; vaak ging het om zwaartekrachtgolven veroorzaakt door botsende of samensmeltende zwarte gaten, maar een paar jaar geleden zijn er ook zwaartekrachtgolven van samensmeltende neutronensterren gedetecteerd.

Upgrade
Zo werden tussen 2015 en 2019 de naweeën van elf samensmeltingen gedetecteerd. Een prachtig resultaat. Maar er zat nog veel meer in, zo beloofden onderzoekers toen ze de zwaartekrachtgolfdetectoren in 2018 uitschakelden om ze vervolgens van een nieuwe upgrade te voorzien en zo nóg gevoeliger te maken. En de onderzoekers hebben woord gehouden, zo blijkt nu ze deze week bekend maken de zwaartekrachtgolven van 39(!) nieuwe fusies te hebben ontdekt.


Half jaar tijd
Na een upgrade te hebben ondergaan zijn zowel de zwaartekrachtgolfdetectoren in de VS (LIGO) en de detectoren in Italië (Virgo) in april 2019 weer aan de slag gegaan. En de zwaartekrachtgolven van de 39 botsingen die deze week zijn aangekondigd, zijn tussen 1 april 2019 en 1 oktober 2019 – dus in een half jaar tijd – gedetecteerd. “Dat is meer dan één ontdekking per week,” benadrukt onderzoeker Andrew Williamson.

Zwaartekrachtgolven
Zwaartekrachtgolven zijn rimpels in de ruimtetijd. Die ruimetijd kun je je het beste voorstellen als een strak gespannen laken. Planeten en sterren liggen als knikkers op dit ‘laken’, waardoor de ruimtetijd lokaal gekromd is. Daarnaast reizen er ook golven door de ruimtetijd. Dat zijn zwaartekrachtgolven en ze ontstaan als twee zware objecten zeer dicht om elkaar heen draaien of fuseren. Het waarnemen van zwaartekrachtgolven is nog niet zo gemakkelijk, maar met zogenoemde interferometers is het mogelijk, zo hebben de onderzoekers de afgelopen jaren herhaaldelijk aangetoond. De LIGO-Virgo Collaboration werkt met interferometers in de VS en Italië. In deze interferometers wordt een lasterstraal uitgezonden die gesplitst wordt in twee loodrecht op elkaar staande armen die vier kilometer lang zijn. Aan het uiteinde van die armen vinden we een spiegel die de laserstraal terugkaatst. Wanneer de twee armen precies even lang zijn, zullen de teruggekaatste laserstralen elkaar opheffen. Anders wordt het echter als de ene arm door het passeren van een zwaartekrachtgolf ietsje langer wordt dan de andere (zie onderstaand filmpje).

De meeste zwaartekrachtgolven die de onderzoekers in 2019 hebben opgevangen, werden veroorzaakt door botsende zwarte gaten. Maar er zit ook een botsing tussen twee neutronensterren tussen. En mogelijk ook een botsing tussen een zwart gat en een neutronenster. Dat laatste zou een primeur zijn.


“In combinatie met de elf ontdekkingen die voor 2019 zijn gedaan, hebben we nu 50 zwaartekrachtgolven veroorzakende gebeurtenissen ontdekt en er volgen er ongetwijfeld nog veel meer,” stelt Williamson. Want LIGO en Virgo gaan binnenkort beginnen met een nieuwe waarnemingsrun. Daarnaast wordt er momenteel gewerkt aan een detector LISA genaamd – die ergens na 2034 vanuit de ruimte zwaartekrachtgolven moet gaan detecteren.

En zo blijft dit vrij nieuwe onderzoeksveld dus volop in beweging. En dat is maar goed ook, want er valt nog zoveel te ontdekken. Zo hopen onderzoekers door de zwaartekrachtgolven van botsende zwarte gaten helder te krijgen hoe een typisch zwart gat eruit ziet, hoeveel zwarte gaten er zijn en hoe de zwarte gatenpopulatie terwijl het universum evolueerde, veranderd is. Ondertussen kunnen de botsingen tussen neutronensterren weer meer inzicht geven in de interne structuur van deze nog altijd vrij mysterieuze sterren en zelfs meer duidelijkheid verschaffen over de snelheid waarmee het heelal uitdijt, zo legde Chris van den Broeck, verbonden aan het Nationaal Instituut voor subatomaire fysica (Nikhef) en lid van de LIGO-Virgo Collaboration eerder uit. En tenslotte gaan er ongetwijfeld ook nog dingen ontdekt en mysteries ontrafeld worden waar we ons nu nog niet echt een voorstelling van kunnen maken. “Er zitten wellicht nog wel een paar verrassingen aan te komen,” bevestigt Williamson.