Het is pas de tweede keer dat wetenschappers zo’n bijzonder verschijnsel waarnemen.

In het najaar van 2017 was het dan zover: voor het eerst werden zwaartekrachtsgolven van twee botsende neutronensterren gedetecteerd. Daarna werd het even stil omtrent de zwaartekrachtsdetectoren; ze kregen een flinke update, waarna ze – gevoeliger en beter dan ooit – de jacht op zwaartekrachtsgolven in april 2019 konden hervatten. Aan het einde van die maand was het gelijk raak: het LIGO-observatorium leek voor de tweede keer zwaartekrachtsgolven van twee botsende neutronensterren te hebben opgepikt. Toch waren onderzoekers niet helemaal zeker van hun zaak. Maar nu komt een nieuwe studie met het verlossende antwoord: de gebeurtenis was inderdaad het resultaat van een fusie van twee neutronensterren.

Meer over zwaartekrachtsgolven
Zwaartekrachtsgolven zijn kort gezegd rimpelingen in de ruimtetijd. Die ruimtetijd kun je het beste voorstellen als een vrij strak gespannen laken. Planeten en sterren liggen als ballen op dit laken, waardoor de ruimtetijd lokaal gekromd is. Ondertussen zijn er ook nog golven die door de ruimtetijd reizen: zwaartekrachtsgolven. Deze golven ontstaan tijdens extreme gebeurtenissen, zoals het fuseren van zwarte gaten of neutronensterren. Wetenschappers kunnen zwaartekrachtsgolven gebruiken om meer te leren over het heelal. Dankzij dit soort golven kunnen wij achterhalen wat er kort na het ontstaan van het heelal allemaal gebeurde. In het verleden zijn er al heel wat zwaartekrachtsgolven afkomstig van botsende zwarte gaten gedetecteerd. Deze zijn heel interessant. Maar zwaartekrachtsgolven afkomstig van een gebeurtenis waarbij een neutronenster betrokken is, zijn eigenlijk nog veel interessanter. Zwarte gaten kunnen we namelijk niet zien, maar neutronensterren wel.

De eerste detectie van zwaartekrachtsgolven na een botsing tussen neutronensterren vond zoals gezegd plaats in 2017. Een gebeurtenis die geschiedenis schreef. Destijds werd voor het eerst zowel zwaartekrachtsgolven als licht gedetecteerd uit dezelfde kosmische gebeurtenis. De fusie in april die GW 190425 is genoemd, werd alleen opgepikt door de LIGO Livingston-detector. De LIGI Hanford-detector was op het moment van spreken tijdelijk offline en op een afstand van meer dan 500 miljoen lichtjaar was de gebeurtenis te zwak om zichtbaar te zijn in de gegevens van zwaartekrachtsdetector Virgo. Met behulp van de Livingston-gegevens, in combinatie met informatie afgeleid van verzamelde data van Virgo, lukte het de onderzoekers om de gebeurtenis enigszins te lokaliseren. Zo wijzen ze nu een gebied van ongeveer twintig procent van de hemel aan. Ter vergelijking, de botsing van neutronensterren in 2017 was beperkt tot een gebied van slechts 0,04 procent van de hemel.



Bekijk in deze video een simulatie van de botsende neutronensterren.

Ongewoon hoge massa
Door een grondige analyse van de zwaartekrachtsgolven kwamen onderzoekers erachter dat GW 190425 een object had geproduceerd met een ongewoon hoge massa. “Dankzij lichtwaarnemingen weten we af van zeventien binaire neutronensterren in ons eigen sterrenstelsel,” vertelt onderzoeker Ben Farr. “Hiervan hebben we de massa van de sterren geschat. Wat verrassend is, is dat de gecombineerde massa van GW 190425 veel hoger is dan verwacht.” De LIGO-gegevens onthullen dat de gecombineerde massa van de samensmeltende neutronensterren ongeveer 3,4 keer de massa van onze zon is. In ons sterrenstelsel hebben bekende binaire neutronensterren echter gecombineerde massa’s van slechts 2,9 keer die van de zon.

Artistieke impressie van GWB190425. Afbeelding: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Verklaring
Een mogelijke verklaring voor de ongewoon hoge massa is dat de botsing niet plaatsvond tussen twee neutronensterren, maar een fusie is tussen een neutronenster en een zwart gat. Zwarte gaten zijn namelijk zwaarder dan neutronensterren. Toch strepen wetenschappers deze theorie voorzichtig door. Want in dit geval zou het zwarte gat uitzonderlijk klein zijn voor zijn klasse. Daarom denken astronomen dat het waarschijnlijker is dat LIGO getuige was van een verbrijzeling van twee neutronensterren. “Het feit dat de totale massa veel hoger is dan die van andere bekende binaire neutronensterren kan interessante implicaties hebben voor de manier waarop het paar oorspronkelijk werd gevormd,” vertelt onderzoeker Surabhi Sachdev.


Men denkt dat binaire neutronensterren zich op twee manieren kunnen vormen. Allereerst kunnen ze worden gevormd uit binaire systemen van massieve sterren die aan het einde van hun leven in neutronensterren veranderen. Aan de andere kant kunnen ze ontstaan wanneer twee afzonderlijk gevormde neutronensterren samenkomen in een dichte stellaire omgeving. Uit de gegevens van LIGO valt helaas niet op te maken welke van deze twee scenario’s het meest waarschijnlijk is. Er zijn meer gegevens en modellen nodig om de onverwachte hoge massa van de fusie te verklaren.