Dit keer waren de zwaartekrachtsgolven afkomstig van fuserende zwarte gaten met een sterk uiteenlopende massa.

Hoewel de ontdekkingen van zwaartekrachtsgolven een aantal jaar geleden nog regelmatig de kranten haalden, zijn ze ondertussen behoorlijk gangbaar geworden. Bijna elke week ontdekken onderzoekers wel weer nieuwe veelbelovende kandidaten. Maar nu hebben onderzoekers een opmerkelijk signaal opgepikt. Zwaartekrachtsgolf GW190412 is namelijk afkomstig van twee samensmeltende zwarte gaten die sterk uiteenlopende massa’s blijken te hebben.

Zwaartekrachtsgolven: hoe zit het ook alweer?
Zwaartekrachtsgolven zijn kort gezegd rimpelingen van 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. Bovendien is er ook al een veelbelovend zwaartekrachtsgolfsignaal opgevangen mogelijk veroorzaakt door een fusie van een zwart gat en een neutronenster.

Zwaartekrachtsgolf GW190412 werd vorig jaar op 12 april 2019 door zowel zwaartekrachtgolvendetector LIGO als Virgo waargenomen. Na een grondige analyse blijkt nu dat de gedetecteerde zwaartekrachtsgolven veroorzaakt werden toen twee zwarte gaten met verschillende massa’s samensmolten. “De zwarte gaten in het hart van GW190412 hebben 8 en 30 keer zoveel massa als onze zon,” legt onderzoeker Roberto Cotesta uit. Dit is erg bijzonder. Want meestal worden zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door fuserende zwarte gaten met soortgelijke massa’s. “Dit is het eerste waargenomen binaire systeem met zwarte gaten waarbij het verschil in massa zo groot is!”



Bekijk in deze video de samensmelting van de twee zwarte gaten met uiteenlopende massa’s.

De samensmelting van de zwarte gaten leidde tot hoge boventonen die de onderzoekers oppikten. “Voor het eerst hebben we in GW190412 het onmiskenbare gezoem van de zwaartekrachtsgolf ‘gehoord’ op een hogere frequentie,” vertelt onderzoeker Frank Ohme. “Dit kun je vergelijken met de boventonen van muziekinstrumenten. In systemen met een ongelijke massa – zoals in GW190412 – is het signaal veel hoger dan bij onze gebruikelijke waarnemingen. Dit is dan ook de reden waarom we ze niet eerder konden horen. Maar in GW190412 is dat eindelijk gelukt.” Deze waarnemingen bevestigen dat Einstein wederom gelijk had, die het bestaan van deze hogere tonen al in zijn algemene relativiteitstheorie voorspelde.

Eigenschappen
Het grote massaverschil tussen de twee zwarte gaten betekent eveneens dat onderzoekers verschillende eigenschappen van het systeem nauwkeuriger kunnen meten. “Bijvoorbeeld de afstand tot ons, de hoek waarin we ernaar kijken en hoe snel het zware zwarte gat rond zijn as draait,” somt Cotesta op. Uit de analyse blijkt bijvoorbeeld dat de samensmelting plaatsvond op een afstand tussen de 1,9 en 2,9 miljard lichtjaar van de aarde.


De onderzoekers werken op dit moment een lijst af van 56 potentiële zwaartekrachtsgolven. Van deze 56 zijn er al twee signalen bevestigd. De overige 54 zullen eveneens aan een grondige inspectie worden onderworpen. Het betekent dat er mogelijk meerdere interessante ontdekkingen in het verschiet liggen. De waarneming van GW190412 houdt daarnaast in dat vergelijkbare systemen mogelijk niet zo zeldzaam zijn als sommige modellen voorspellen. Het zou dus goed kunnen dat we in de toekomst meer van dergelijke signalen kunnen verwachten. Elk van hen zou astronomen kunnen helpen om een beter begrip te vormen over hoe zwarte gaten en hun binaire systemen worden gevormd. En dat zou nieuw licht werpen op de fundamentele fysica van de ruimtetijd.