De onlangs verbeterde zwaartekrachtsgolfdetectoren LIGO en Virgo in de VS en Italië hebben maandagavond 8 april voor het eerst nieuwe trillingen van botsende zwarte gaten opgevangen. De drie detectoren staan na upgrades sinds 1 april aan voor een continue meetperiode van een heel jaar. De gevoeligheid is zodanig opgevoerd dat ongeveer eens in de week een signaal kan worden verwacht.
Om 20.18 uur Nederlandse tijd registreerden de drie detectoren maandagavond tegelijk een trilling in de laserarmen van de installaties in Washington, Louisiana en bij Pisa. Daarmee kon de bron van het signaal worden aangewezen in een klein gebied aan de noordelijke sterrenhemel. Dat is binnen een week na de start van meetperiode O3, zoals de huidige run wordt genoemd.
Zoals afgesproken is direct een internationaal waarschuwing afgegeven, zodat astronomen en fysici hun waarnemingen met telescopen en neutrinodetectoren konden controleren op speciale verschijnselen op dat tijdstip. Op de openbare GCN-mailinglijst van alerts en reacties is inmiddels een handvol vervolgwaarnemingen te lezen. Tot nog toe zijn er geen zichtbare verschijnselen of neutrinosignalen waargenomen uit het aangewezen hemelgebied.
‘Dit lijkt een betrekkelijk standaard versmelting van zwarte gaten’, zegt Nikhef-fysicus Sarah Caudill van LIGO-Virgo. ‘Het belangrijkste nieuws nu is eigenlijk dat de drie detectoren voor het eerst in de nieuwe meetreeks een goed signaal vinden. Alles werkt, dat is prachtig en belooft nog veel meer moois voor het komende jaar.’ Volgens Nikhef-zwaartekrachtsgolfonderzoeker prof. Chris Van Den Broeck is inmiddels ook de massa van de zwarte gaten geschat op 20-30 zonsmassa’s en de afstand circa 5 miljard lichtjaar. ‘En honderd procent zeker een zwartegatenversmelting.’
Caudill is een van de auteurs van de recente cataloguspublicatie van de 11 evenementen die LIGO-Virgo had waargenomen sinds de eerste in 2015. De meeste van deze gebeurtenissen waren zwart-gatenbotsingen, één betrof een botsing van twee neutronenster waarvan tegelijk ook licht en gammastraling werden waargenomen. Nikhef-fysicus prof. Jo van den Brand is wetenschappelijk woordvoerder voor de Europese Virgo-samenwerking.
Het afgelopen jaar zijn de laserinstallaties van LIGO in de VS en Virgo in Pisa sterk verbeterd, waardoor de gevoeligheid is verhoogde. De installaties registreren met extreme precisie de afstanden tussen spiegels in twee haaks op elkaar geplaatste laserpaden. Een zwaartekrachtsgolf vervormt de ruimte waar hij doorheen trekt, zodat afstanden iets variëren. LIGO en Virgo kunnen afstandvariaties van minder dan een protondiameter waarnemen.
Improved LIGO-Virgo sees first new black-hole collision
The upgraded gravitational wave detectors LIGO and Virgo in the US and Italy have captured the first new space-time vibrations of colliding black holes on Monday 8 April. The three detectors have been in operation again since 1st of April for a new observation period of a whole year. The sensitivity has been improved such that the detectors are expected see a signal about once a week.
At 20:18 CEST on Monday evening April 8, the three detectors recorded a vibration in the laser arms of the installations in Washington, Louisiana and Pisa. The source of the signal could be located in a small area in the northern sky. The first result comes within a week from the start of observation run O3, as the current run is called.
As agreed, an international alert was immediately issued, so that astronomers and physicists could check for special phenomena in their observations with telescopes and neutrino detectors. A handful of follow-up signals from observatories all over the world have appeared on the public GCN-mailing alert list. So far, no visible phenomena of neutrino signals have been observed in the designated celestial area.
‘This appears to be a relatively standard merger of black holes’, says Nikhef physicist Sarah Caudill of LIGO-Virgo. Masses are estimated at 20-30 solar masses, the distance at roughly 5 billion light-years. ‘The most important news for now is that the three detectors have seen a first signal in the new observation period. It works, that’s beautiful and promises a lot more for the next year.’
Caudill is one of the authors of the recent catalogue publication of the 11 events LIGO-Virgo had observed in the first years of operation. Most of those events were black hole mergers, one concerned a neutron star collision from which also light and gamma radiation were observed. Nikhef physicist Prof. Jo van den Brand is spokesperson of the Virgo collaboration.
In the past year, the laser installations of LIGO in the US and Virgo in Pisa were upgraded dramatically, which has improved the sensitivity. The interferometers register with extreme precision the distances between mirrors in two perpendicular laser paths. A gravitational wave distorts the space-time it travels through, so that distances vary slightly. LIGO and Virgo can register variations of less than a proton diameter.
