De samenwerkende zwaartekrachtsgolfexperimenten LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) hebben de detectie gemeld van de fusie van de meest massieve zwarte gaten die ooit zijn waargenomen met zwaartekrachtsgolven.
De fusie produceerde een zwart gat dat uiteindelijk meer dan 225 keer de massa van onze zon had. Het signaal, GW231123 genaamd, werd waargenomen tijdens de vierde observatieronde (O4) van het LVK-netwerk op 23 november 2023, in de LIGO-observatoria in Hanford en Livingstone.
Nikhef is samen met andere instituten partner in het LVK-samenwerkingsverband en nauw verbonden met de Virgo-zwaartekrachtsgolfdetector in Italië.
Uniek signaal
De twee zwarte gaten die samensmolten hadden ongeveer 103 en 137 keer de massa van de zon. Naast hun hoge massa draaien ze ook snel, waardoor dit een uniek signaal is dat moeilijk te interpreteren is en de mogelijkheid van een complexe ontstaansgeschiedenis suggereert.
De ontdekking van zo’n massief en sterk draaiend systeem vormt niet alleen een uitdaging voor de technieken voor gegevensanalyse, maar zal ook van grote invloed zijn op de theoretische studies naar de vorming van zwarte gaten en de modellering van golfvormen.
“De huidige modellen van stellaire evolutie laten het bestaan van zulke massieve zwarte gaten, die mogelijk zijn ontstaan door eerdere fusies van kleinere zwarte gaten, eigenlijk niet toe”, zegt Ed Porter van CNRS in Parijs, een van de partners in LVK.
Grenzen verlegd
Ongeveer 100 fusies van zwarte gaten zijn eerder waargenomen door middel van zwaartekrachtsgolven. Tot nu toe was de meest massieve binary de bron van GW190521, met een veel kleinere totale massa van “slechts” 140 keer die van de zon.
De hoge massa en extreem snelle draaiing van de zwarte gaten in GW231123 verlegt de grenzen van zowel de technologie voor het detecteren van zwaartekrachtsgolven als van de huidige theoretische modellen. Om nauwkeurige informatie uit het signaal te halen, moesten theoretische modellen worden gebruikt die rekening houden met de complexe dynamica van sterk rondtollende zwarte gaten.
Zwaartekrachtsgolvendetectoren zoals LIGO in de Verenigde Staten, Virgo in Italië en KAGRA in Japan zijn ontworpen om minieme vervormingen in ruimtetijd te meten die worden veroorzaakt door gewelddadige kosmische gebeurtenissen zoals samensmeltingen van zwarte gaten. De vierde waarnemingsronde begon in mei 2023 en waarnemingen uit de eerste helft van de ronde (tot januari 2024) zullen later in de zomer worden gepubliceerd.
Open science
De bekendmaking van GW231123 opent een nieuw seizoen van resultaten, met nog veel meer verwachte resultaten in de loop van de zomer en een voortdurende stroom van bevindingen in de komende twee jaar. Publicaties worden gevolgd door vrijgave van de gegevens, ter ondersteuning van de bredere wetenschappelijke gemeenschap en open science.
GW231123 zal deze week worden gepresenteerd op de 24e ‘International Conference on General Relativity and Gravitation’ (GR24) en de 16e Edoardo Amaldi-conferentie over zwaartekrachtsgolven, gezamenlijk gehouden als de GR-Amaldi-bijeenkomst in Glasgow, Verenigd Koninkrijk.
