Het LIGO-Virgo meetnetwerk voor zwaartekrachtsgolven heeft voor het eerst waargenomen dat uit een paar uitzonderlijk zware botsende neutronensterren mogelijk een zwart gat is ontstaan. Dat komt naar voren uit een nieuwe analyse van de zwaartekrachtsgolf die op 25 april 2019 werd opgevangen door het netwerk. Het is de tweede keer ooit dat LIGO-Virgo een signaal van botsende neutronensterren waarneemt, de meeste waargenomen ruimtetijdgolven komen van botsende zwarte gaten.
De metingen zijn op 5 januari 2020 gepresenteerd op de jaarvergadering van de American Astronomical Society AAS in Honolulu, Hawaiï, en tegelijk ingediend bij Astrophysical Journal Letters. LIGO-Virgo heeft een persverklaring en een populaire uitleg uitgegeven over de waarneming gedurende de derde meetcyclus O3 die een vol jaar duurt. Sinds april 2019 nam het netwerk tientallen zwaartekrachtsgolven waar, verreweg de meeste van botsende zwarte gaten.
‘De waarneming van nog een tweede botsende neutronendubbelster betekent dat we er daarvan meer gaan zien in de toekomst, hopelijk luider en dichterbij en met een lichtsignaal, met meer informatie dan in dit signaal’, zegt gravitatiegolfexpert en Nikhef-fysicus Chris Van Den Broeck, verbonden aan de Universiteit Utrecht.
De analyses van de zwaartekrachtsgolven van 25 april wijzen op een bijzondere astronomische gebeurtenis. Uit de trilling is af te leiden dat na de botsing een object van 3,4 zonsmassa’s kan zijn ontstaan, op een afstand van ongeveer 500 miljoen lichtjaar.
Deze 3,4 zonsmassa’s zou uitzonderlijk zwaar zijn voor een object dat is ontstaan uit twee om elkaar draaiende neutronensterren, de compacte restanten van geëxplodeerde sterren. Astronomen kennen tientallen paren neutronensterren in de Melkweg, maar altijd tot een gezamenlijke massa van hooguit 2,9 zonsmassa’s.
Experts vermoeden daarom eerder dat het bij GW190425 kan gaan om een botsing van twee ongewoon zware neutronensterren die daarna een nieuw zwart gat hebben gevormd van 3,4 zonsmassa’s. Van Den Broeck houdt daarbij wel nog een slag om de arm. ‘De massa’s in deze gebeurtenis lijken weliswaar hoog, maar de fouten marges zijn dat ook’, zegt hij.
Het Nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef is partner in het Virgo-observatorium en nauw betrokken bij de analyses van de metingen. Detectoren als LIGO en Virgo meten met lasers minieme trillingen van de ruimte die ontstaan als om elkaar tollende objecten met extreme zwaartekracht op elkaar botsende en Einsteins ruimtetijd laten beven. Uit het trillingspatroon zijn veel eigenschappen van de bron en de botsing af te lezen.
De eerste neutronensterbotsing op een afstand van 140 miljoen lichtjaar werd gemeten in augustus 2017, en kort daarna ook met telescopen waargenomen als een lichtflits. Die gebeurtenis betekende de geboorte van de zogeheten multimessenger-astronomie waarbij gebeurtenissen tegelijk met verschillende technieken worden waargenomen. Uit het licht kon worden afgeleid dat bij de botsing zware elementen als goud gevormd moeten zijn.
Na de nieuwe neutronensterbotsing van 25 april 2019 op 3,5 keer zo grote afstand is geen lichtverschijnsel waargenomen door telescopen. De zwaartekrachtsgolf werd die dag vooral gemeten door het LIGO Livingstone station van het netwerk. De tweede detector in de VS in Hanford was op dat moment uit bedrijf. En voor de Virgo-detector in Pisa, Italië, was het signaal relatief zwak.
Combinatie van de waarnemingen van Hanford en Pisa wijst naar een brongebied van ongeveer eenvijfde van de hele hemel. In 2017 besloeg het zoekgebied slechts 0,04 procent van de sterrenhemel en was de afstand kleiner, waardoor het lichtsignaal tien keer helderder was.