LIGO en Virgo-detectoren spotten voor tweede keer botsende neutronensterren

25-04-2019

Astronomen en astrofysici wereldwijd gaan sinds donderdagmiddag koortsachtig door hun hemelwaarnemingen met telescopen, satellietdata en neutrino-metingen van die dag. Hun speurtocht is ontketend door de melding van de LIGO-Virgo detectoren die zwaartekrachtsgolven hebben opgevangen van botsende neutronensterren in het heelal. Het is voor de tweede keer ooit dat zwaartekrachtsgolven van zo’n botsing zijn opgepikt; de meeste ruimtetijdtrillingen ontstaan door verre versmeltende zwarte gaten.

Volgens een bekendmaking van LIGO-Virgo gaat het om een botsing van neutronensterren van vermoedelijk minder dan drie zonsmassa’s op ongeveer 100 MegaParsec (ruim 300 miljoen lichtjaar) afstand van de aarde. De heftige botsing veroorzaakt de door Einsteins relativiteitstheorie voorspelde golven van ruimte en tijd. Die werden donderdag 25 april om 10.18 uur Nederlandse tijd werden waargenomen door een van de twee LIGO-detectoren in de VS (Washington en Louisiana) en de Virgo-detector bij Pisa, Italië.

Nikhef is vanuit Nederland vooraanstaand partner in de Virgo-collaboratie. Sinds begin april dit jaar speuren de drie detectoren een jaar lang onafgebroken naar zwaartekrachtsgolven. Daarbij is het voornemen om alle gebeurtenissen direct openbaar te maken, zodat andere wetenschappers ermee aan de slag kunnen. Sinds 1 april werden ook al drie versmeltingen van zwarte gaten opgemerkt, ongeveer eens per week zoals al was voorzien. In 2015 vond LIGO de allereerste zwaartekrachtsgolf, van botsende zwarte gaten. In 2017 was dat goed voor een Nobelprijs.

Zware objecten als zwarte gaten of neutronensterren kunnen in elkaars extreme zwaartekracht gevangen raken en in een duizelingwekkend spiraal  in elkaar opgaan. Het zwaartekrachtsveld krijgt daarbij zulke schokken dat de ruimtetijd golven ontstaan als de rimpels in een vijver.

Neutronensterbotsingen zijn extra interessante gebeurtenissen omdat ze niet alleen zwaartekrachtsgolven veroorzaken, maar ook licht en andere straling kunnen uitzenden, van röntgenstraling en licht tot radiostraling en neutrino’s. Zwarte gaten zenden geen licht uit, ook niet als ze versmelten bij een botsing.

In de herfst van 2017 nam de LIGI-Virgo samenwerking voor het eerst een neutronensterbotsing waar, waarna astronomen ook licht en straling konden zien. De waarnemingen waren door de samenwerking van de drie detectoren zo precies dat aan de hemel het restant van de botsing kon worden aangewezen. Dat verkleurde in de loop van enkele dagen zichtbaar van blauw naar roder. Astrofysici leidden uit de metingen af dat bij de botsing zware elementen als goud gevormd waren.

Op de website GCN Circulars melden inmiddels meer dan tien astronomische waarnemingsgroepen dat ze het gebied van de nieuwe botsing afzoeken of dat al gedaan hebben. Tot nog toe heeft geen van hen iets bijzonders gevonden, melden ze ook.

Daarvoor kunnen twee redenen zijn, zegt fysicus dr. Bas Swinkels van Nikhef en Virgo. De nieuwe bron van zwaartekrachtsgolven ligt volgens de eerste analyses bijna driemaal zo ver weg als de eerste in 2017. ‘Daardoor is een eventueel lichtsignaal bijna tienmaal zwakker dan de eerste keer.’

Een andere reden is dat ditmaal de detector in Hanford om 8.18 uur universal time net even niet in bedrijf was. Met de twee waarnemingen vanuit Livingstone (Louisiana) en Pisa is minder precies vast te stellen waar de bron van de trillingen zich bevindt. Daardoor hebben astronomen minder houvast bij hun naspeuringen van de hemel.

Swinkels is niettemin erg gelukkig met de tweede neutronensterbotsing. Swinkels: ‘Van zwarte gaten weten we inmiddels ongeveer hoeveel gebeurtenissen we mogen verwachten in de metingen. Nu hebben we ook het begin van statistiek over neutronensterren.’ Die gegevens kunnen kosmologen een beter idee geven van de verdeling in het heelal van zulke compacte zware dubbelobjecten met extreme zwaartekracht.