Onderzoekers terughoudend over spraakmakende zwaartekrachtsgolf

01-08-2019
Bovengronds poolstation van de Amerikaans-Europese IceCube-neutrinodetector die in het ijs van de Zuidpool is geplaatst.

Astrofysici reageren voorlopig voorzichtig op speculaties in sommige media dat voor het eerst bij een zwaartekrachtsgolf ook een kosmisch neutrino zou zijn waargenomen. Die waarneming, denken experts van ondermeer Nikhef, zal vermoedelijk op toeval berusten.

In sommige online media en op Twitter is enige opwinding ontstaan over een zwaartekrachtsgolf die op zondag 28 juli ’s morgens om 8.45 uur werd waargenomen door de twee LIGO-detectoren in de VS en Virgo bij Pisa, Italië. Door driehoeksmeting vanuit de drie detectoren kon de bron aan de hemel zeer precies worden aangewezen.

Uit de vorm van de signalen maakten analisten van deze detectoren zondag al op dat het vermoedelijk om ruimtetijdtrillingen van botsende zwarte gaten van meerdere zonsmassa’s gaat op een afstand van 2,87 miljard lichtjaar afstand. Sinds de herstart van de detectoren in april zijn er al 22 keer signalen van zulke botsingen waargenomen. Nikhef is partner in de LIGO-Virgo samenwerking.

Zwaartekrachtsgolven zijn trillingen van ruimte en tijd in het heelal die door Einsteins relativiteitstheorie werden voorspeld. Zware compacte objecten vervormen de omringende ruimtetijd. Als zulke objecten botsen, bijvoorbeeld zwarte gaten of neutronensterren, versmelten de vervormingen in de ruimtetijd. Daardoor ontstaan trillingen alsof er ergens een steen in een vijver is gegooid. Detectoren als LIGO en Virgo kunnen die trillingen opvangen. Dat gebeurde in 2015 voor het eerst, en was toen wereldnieuws.

Opmerkelijk was zondag dat de IceCube detector in het ijs van de Zuidpool direct meldde dat er rond hetzelfde tijdstip een neutrino met veel energie was gepasseerd uit ongeveer dezelfde richting als de bron van de zwaartekrachtsgolf. In de dagen erna werd de plaatsaanwijzing verfijnd. Die blijkt te overlappen met de locatie die LIGO-Virgo aanwijzen.

Dat lijkt op een dubbelsignaal van eenzelfde kosmische gebeurtenis. En op zijn veelgelezen weblog StartsWithABang bij Forbes speculeerde de Amerikaanse wetenschapsjournalist Ethan Siegel zelfs dat dit de eerste zwaartekrachtsgolf kon worden waarbij ook een neutrinosignaal was gevonden en ook nog licht. ‘Vindt LIGO de drie signalen waar alle astronomen op hopen?’

Mogelijke bronnen van de zwaartekrachtsgolf GW190728 van zondag 28 juli.

Zeker bij een zwartegatenbotsing zou dat zeer opmerkelijk zijn. Zwarte gaten zijn lichtloze objecten en bij botsingen komt in theorie geen licht vrij. Als dat hier wel is gebeurd, moet volgens Siegel (een gepromoveerd astrofysicus) de theorie van zwartegatenbotsingen op de helling. Een andere optie is dat het zondag ging om trillingen na de botsing van een neutronenster en een zwart gat.

Allemaal veel te voorbarig, zegt gravitatiegolfexpert Chris Van den Broeck van Nikhef en de Universiteit Groningen. ‘De golfvormen die we zien, passen minder dan een procent bij een NSBH-botsing van een neutronenster en een zwart gat. Ik stel voor dat we even rustig afwachten wat we verder nog gaan zien.’

De kans op een lichtsignaal (EM in jargon) lijkt inmiddels minimaal. Op de waarneemwebsite graceDB.ligo.org melden de handvol teams van astronomen dat ze met hun telescopen in het aangewezen stergebied geen afwijkingen zien. Een gravitatiegolf in 2017 als gevolg van botsende neutronensterren is het enige voorbeeld van een geslaagde dubbelwaarneming. Bij zwartegatenbotsingen wordt nooit een lichtflits of nagloeier gezien.

Allemaal voorbarige opwinding, vindt ook gravitatiegolfexpert Samaya Nissanke van Nikhef en het GRAPPA-instituut van de UvA over de geruchtenstroom. ‘De kans dat er iets heel bijzonders aan de hand is, acht ik eigenlijk minimaal.’

Overlap van de zwaartekrachtsgolf van zondag 28 juli en de neutrino die IceCube die ochtend waarnam.

Bijvoorbeeld zit de statistiek niet mee. Het neutrino in IceCube werd ongeveer 6 minuten voor de zwaartekrachtsgolf waargenomen. Een klein tijdverschil is in theorie denkbaar, maar niet erg waarschijnlijk. De kans is veel groter dat het neutrino van een bron op de voorgrond kwam en toevallig op ongeveer hetzelfde moment als LIGO en Virgo trillingen zagen.

In een artikel dat net is gepubliceerd op de website arxiv.org rekent een Amerikaanse theoreticus uit dat een neutrino als dat van zondag in IceCube eigenlijk niet uit een zwartegatenbotsing of neutronensterbotsing kan zijn gekomen. Zelfs in het heftigste geval komt zo’n bron tienduizend keer de energie tekort om over zo’n immense afstand zoveel signaal over te houden.

Maar het echte probleem is nog eenvoudiger. Doorslaggevend noemt ook hij de merkwaardige timing van zondag tussen IceCube en LIGO-Virgo. ‘Zwaartekrachtsgolven en neutrino’s reizen beide met de lichtsnelheid. Een neutrino kort na een gravitatiegolf zou nog denkbaar zijn, het omgekeerde niet tenzij de fysica er fundamenteel naast zit.’