De zwaartekrachtsgolf die de Virgo en twee LIGO-detectoren op 12 april 2019 waarnamen was afkomstig van een botsing tussen twee zeer verschillende zwarte gaten. Dat blijkt uit boventonen in het signaal, die vorig jaar voor het eerst zijn gemeten.
Het massaverschil tussen de botsende zwarte gaten is volgens een vandaag gepubliceerde analyse van het signaal ongeveer een factor 3,6. Dat is een primeur. De meeste waargenomen zwaartekrachtsgolven komen van botsende zwarte gaten die ongeveer even zwaar zijn
Bij botsende zwarte gaten wordt Einsteins ruimtetijd bij de versmelting zo sterk vervormd en op geschud, dat de verstoringen als rimpels in een vijver uitspreiden door het omliggende heelal. In 2015 werd zo’n zwaartekrachtsgolf voor het eerst waargenomen op aarde. Nikhef is vanuit Nederland nauw betrokken bij de constructie en metingen met de Virgo-detector bij Pisa in Italië.
De meting van 12 april 2019 werd een paar weken na het begin van de derde meetperiode O3 van Virgo en LIGO gedaan en kan de ideeën over het ontstaan en bestaan van zwarte gaten in het heelal veranderen. ‘We leren nu dat dit soort dubbelsystemen bestaan en hoe zeldzaam ze eigenlijk zijn, en hoe zulke systemen kunnen zijn ontstaan’, zegt Giancarlo Cella, coördinator van de data-analyses bij Virgo.
Meetperiode O3 is sinds een week geëindigd na bijna een jaar meten vanaf 1 april 2019. Reden voor de sluiting is de coronacrisis. In die tijd werden ongeveer 60 nieuwe zwaartekrachtsgolven gemeten. Analyses van de bronnen zijn in volle gang.
Uit de nu gepubliceerde analyse blijkt dat het zwaarste zwarte gat van de twee 30,1 keer zo zwaar moet zijn geweest als de zon. Het andere zwarte gat was dan 8,3 zonsmassa’s zwaar. Hun versmelting leidde tot een golfpatroon met veel meer hoge tonen dan normaal. Einsteins gravitatietheorie voorspelt dat ook.
‘Het is voor het eerst dat we de boventonen in een zwaartekrachtsgolf zo goed zien. Dat biedt ons de kans om een belangrijke voorspelling in Einsteins theorie voor botsende zwarte gaten te testen’, zegt post-doc Anuradha Samajdar van Nikhef en lid van de Virgo-collaboratie. Uit de specifieke golfvormen is ook af te leiden hoe schuin de observatoria vanaf de aarde tegen het vlak aankeken waarin de zwarte gaten om elkaar heen draaiden voor ze elkaar opslokten.
De zwaartekrachtsgolf van 12 april 2019 werd om 07:30 uur waargenomen door de drie observatoria van LIGO/Virgo. De bron ervan stond op ongeveer 2,3 miljard lichtjaar afstand van de aarde, blijkt nu ook uit de berekeningen aan het signaal.
Die afstandsmeting is hier scherper dan bij de meeste botsingen van zwarte gaten. Normaal maakt de onzekere hellingshoek van de botsing veel uit voor de schatting van de afstand. In dit geval helpen de boventonen om die twee invloeden te ontrafelen.
