Een internationaal team van wetenschappers van ondermeer de Universiteit Utrecht en Nikhef hebben nieuwe computerprogramma’s ontwikkeld waarmee gelijktijdig heel verschillende signalen van versmeltende neutronensterren geanalyseerd kunnen worden.
In een artikel in het tijdschrift Nature Communications laten de onderzoekers deze week zien dat het mogelijk is om zwaartekrachtsgolven, optische signalen en radio- en röntgensignalen samen in eenzelfde analyse te gebruiken.
Daardoor zijn betere conclusies te trekken over de botsende neutronensterren en de specifieke gebeurtenissen tijdens de botsing. De software maakt ook het toevoegen van nieuwe waarnemingen en experimenten in toekomstige analyses mogelijk.
Nu worden neutronsterversmeltingen nog per signaal geanalyseerd, en de analyses achteraf gecombineerd. Dat leidt tot onzekere aannames en systematische fouten, zegt eerste auteur Peter Pang van de studie. Pang is verbonden aan het GRASP-instituut van de Universiteit Utrecht en Nikhef.
Zwaartekrachtsgolven
Neutronensterren zijn supercompacte sterretjes die overblijven als een massieve ster aan het eind van zijn bestaan in een supernova explodeert. Zoals bijvoorbeeld zwarte gaten kunnen neutronensterren in paren om elkaar heen draaien. Bij die razendsnelle beweging worden zwaartekrachtsgolven uitgezonden, die meetbare trillingen geven van ruimte en tijd.
De botsingen en versmeltingen maken het mogelijk om materie onder de meest extreme omstandigheden in het universum te bestuderen. GRASP in Utrecht doet dat ook via deelname in het ALICE-experiment op CERN, waar zware atomen in de LHC-versneller op elkaar worden geschoten en zogeheten quark-gluonplasma’s kunnen worden bestudeerd.
Augustus 2017
De nieuwe methode is voor het eerst toegepast op de analyse van waarnemingen in verschillende golflengtes van een botsing van twee neutronensterren in augustus 2017. Zwaartekrachtsgolven daarvan werden destijds opgevangen door de LIGO- en Virgo-detectoren in de VS en Italië. De botsing uit 2017 is vooralsnog het enige multimessenger waarneming van versmeltende neutronensterren.
Bij de botsing werden nieuwe chemische elementen als goud gemaakt, waarbij radioactieve producten de temperatuur omhoog joegen, waarvan de thermische straling wekenlang met telescopen werd gezien. Ook trad er een gammaflits op, die materiaal naar buiten blies, en maandenlang radio- en röntgenstraling in het omliggende materiaal veroorzaakte.
Halvering onzekerheid
Een analytische combinatie van de gebeurtenissen door de afzonderlijke observatoria leidde eerder tot schattingen voor de omvang van de betrokken neutronensterren, die ergens rond de 11 tot 12 kilometer diameter moest liggen met een onzekerheid van circa 800 meter. Met de nieuwe methode is de onzekerheid in die uitkomst ongeveer te halveren tot 400 meter, aldus Pang.