Nog geen aanwijzingen voor vervormingen zwaartekrachtsgolven

18 mei 2021

Bij de waarnemingen van zwaartekrachtgolven met de LIGO- en Virgo-detectoren is er tot nu toe geen bewijs van vervorming van zwaartekrachtgolven door lenseffecten. Dat concludeert de samenwerking in een nieuwe publicatie.

In de gewone astronomie zijn gravitatielenzen inmiddels een bekend verschijnsel. In de buurt van massieve objecten, zoals sterrenstelsels of clusters van sterrenstelsels, wordt de ruimtetijd zo vervormd dat beelden van de verre achtergrond kunnen worden vervormd.

Door het lenseffect kunnen onder andere meervoudige beelden of lichtbogen worden waargenomen. Astronomen gebruiken zelfs tijdsverschillen tussen lichtpulsen van hetzelfde object om de uitdijing van het heelal te meten.

In principe zijn zwaartekrachtgolven van botsende zwarte gaten of neutronensterren ook signalen die door zwaartekrachtlenzen kunnen worden vervormd en opgesplitst in meerdere beelden, menen astrofysici. De detectoren LIGO en Virgo (kortweg LVC) zullen naar verwachting binnen dit decennium sterke vervormingen detecteren. Onder meer Nikhef-onderzoekers zijn nauw betrokken bij de zoektocht naar lensing-effecten.

Lensing zou onder meer gravitatiegolven kunnen produceren die zo sterk op elkaar lijken dat ze van dezelfde bron afkomstig zouden kunnen zijn. Dergelijke “beelden” van gravitatiegolven zouden enkele minuten tot maanden uiteen kunnen liggen wanneer ze door melkwegstelsels worden gelensd, en tot jaren uiteen kunnen liggen wanneer ze door clusters van melkwegstelsels worden gelensd. Zwaartekrachtlenzen kunnen ook zwaartekrachtgolfsignalen uitvergroten en “microlensing” signaturen in de golfvormen doen verschijnen.

Maar de meest uitgebreide studie naar de lensing van zwaartekrachtsgolven tot nu toe heeft nog geen bewijs van lensing opgeleverd. Zwaartekrachtgolven die op elkaar lijken, zijn een paar keer op verschillende tijdstippen waargenomen. Maar dat kan net zo goed toeval zijn, denken de onderzoekers.

Astrofysici verwachten veel van de metingen van vervormingen van zwaartekrachtgolven. Meervoudige beelden zouden bronnen veel preciezer kunnen lokaliseren, de snelheid van de zwaartekracht kunnen testen, de polarisatie van zwaartekrachtsgolven kunnen testen en ook een populatie van binaire zwarte gaten op hoge roodverschuiving kunnen onthullen.

Postdoc-onderzoeker Otto Hannuksela van het Nikhef, die onder meer intensief bij het onderzoek betrokken was, noemt de resultaten interessant, ook al is lensing nog niet waargenomen. Hannuksela: “Dit is de eerste LVC-uitspraak over een onderwerp dat de afgelopen jaren in de bredere wetenschappelijke gemeenschap hevig is bediscussieerd. Bovendien is dit het eerste onderzoek in zijn soort dat door een samenwerkingsverband is uitgevoerd en het markeert het begin van onderzoek naar lenzen van gravitatiegolven dat door een samenwerkingsverband wordt uitgevoerd.”