De samenwerking van zwaartekrachtsgolfdetectoren LIGO en Virgo in de VS en Europa hebben een nieuwe catalogus van waarnemingen gepubliceerd. Na een jaar van complexe analyses zijn daarmee nog eens 39 botsingen van vooral zwarte gaten en enkele neutronensterren nu echt bevestigd.
Inclusief de resultaten van de meetperiode van april tot oktober 2019 telt de catalogus nu meer dan vijftig waarnemingen van zwaartekrachtsgolven met de detectoren. Astrofysici kunnen daarmee voor het eerst statistisch naar zwarte gaten kijken, en hun theorieën testen.
De eerste waarneming van zwaartekrachtsgolven stamt al uit 2015 toen voor het eerst ooit ruimtetijdtrillingen werden gemeten, afkomstig van twee versmeltende zwarte gaten. De extreem subtiele golven werden honderd jaar daarvoor al voorspeld in de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein. Lange tijd leken ze te subtiel om te kunnen meten.
De waarnemingen zijn gedaan met drie zogeheten interferometers, die subtiele vervormingen van ruimte en tijd kunnen meten met lasers. In de VS staan twee detectoren in Washington en Louisiana met elk twee armen van vier kilometer haaks op elkaar, bij Pisa in Italië staat de Virgo-detector met twee haakse armen van drie kilometer. Nikhef is nauw betrokken bij de bouw van en metingen met de Virgo-detector en bij de analyses van alle waarnemingen.
Tweederde van de nieuwe waarnemingen werd eerder al wel gemeld, maar deze zijn nu in detail geanalyseerd, zodat alle massa’s, draaiing en afstand vaststaan. Het betreft 36 versmeltingen van zwarte gaten, een botsing van twee neutronensterren en twee botsingen van een zwart gat met een neutronenster. De vier opmerkelijkste resultaten zijn het afgelopen jaar al afzonderlijk gepubliceerd. In het nieuwe overzicht zijn 13 nieuwe waarnemingen opgenomen die eerder niet zijn gemeld minder afgetekend leken.
Een van de belangrijkste inzichten betreft de zogeheten mass gap: een gebied van massa’s tussen zwarte gaten en neutronensterren, waar in theorie geen objecten zouden kunnen bestaan. De metingen laten zien dat zulke objecten wel bestaan, en dus dat de theorie moet worden verbeterd. Anderzijds zijn er ook botsingen van middelzware zwarte gaten gevonden (tussen 65 en 120 zonsmassa’s) waarvoor de theorie van sterevolutie geen verklaring heeft.
De detectoren van LIGO en Virgo werden dit voorjaar in hun derde meetronde voortijdig stilgelegd vanwege de coronacrisis. Momenteel worden aan de detectoren verbeteringen doorgevoerd, ondermeer met apparatuur die door Nikhef is ontwikkeld en gebouwd. Een volgende meetcyclus met de nog gevoeliger detectoren staat voor 2022 gepland.
