Weer een primeur: twee zwaartekrachtsgolven binnen een etmaal

28-08-2019

De metingen met de LIGO en Virgo zwaartekrachtsgolfdetectoren in de VS en Italië blijven verbazen. Woensdag 28 augustus werden kort na elkaar voor het eerst in de huidige meetcampagne twee trillingssignalen op dezelfde dag waargenomen.

De twee LIGO-detectoren en de Virgo-detector meten vervormingen van de ruimtetijd waaruit volgens Einsteins relativiteitstheorie het universum bestaat. Zulke vervormingen veroorzaken trillingen die als golven op een vijver weglopen van de botsing. De detectoren zien zulke trillingen op aarde doordat de lengte van hun kilometers lange laserarmen heel even een fractie varieert. In 2015, honderd jaar nadat Einstein zijn theorie formuleerde, werd zo’n passerende zwaartekrachtsgolf voor het eerst waargenomen.

De detectoren registreerden woensdag een eerste trilling om 8.35 uur in de ochtend plaatselijke Europese tijd. Volgens de vroegste analyses is de beving ontstaan door de versmelting van twee zwarte gaten op ongeveer 1800 megaparcsec, een kleine 6 miljard lichtjaar afstand.

De tweede trilling volgde slechts twintig minuten daarna, om ongeveer 8.55 uur plaatselijke Italiaanse tijd. Ook die is waarschijnlijk veroorzaakt door botsende zwarte gaten, op een afstand van ruim 5 miljard lichtjaar. De twee signalen hebben geen relatie met elkaar.

Dat het om twee paren elkaar opslokkende zwarte gaten, staat vrijwel vast. Hoe zwaar die kunnen zijn geweest, wordt nog onderzocht. Nikhef-experts zijn nauw betrokken bij de analyses. De Nederlanders hebben een groot aandeel in de Virgo-collaboratie bij Pisa.

Beide trillingen zijn afkomstig uit betrekkelijk ruimte gebieden aan de hemel, blijkt uit de driehoeksmetingen door de detectoren in de VS en Europa. Bij botsende zwarte gaten komt in elk geval in theorie geen licht vrij, zodat astronomen vermoedelijk niets zullen zien in die gebieden.

Sinds het begin van de huidige O3-meetcampagne in april zijn nu 25 zwaartekrachtsgolven waargenomen met de drie detectoren. Binnenkort hoopt ook India met een eigen detector bij het netwerk aan te sluiten. Die heet KAGRA.

Astronomen en astrofysici zijn nog steeds druk met de analyses van een bijzondere zwaartekrachtsgolf die zich aandiende op 14 augustus deze zomer. Uit de vorm van het trillingssignaal maken astrofysici op dat het vermoedelijk gaat om een botsing van een zwart gat met een veel lichtere neutronenster.

Dat zou een primeur zijn. Eerder werden vooral elkaar opslokkende zwarte gaten waargenomen.

Wel is er een waarneming in 2017 van twee botsende neutronensterren, zeer compacte ingestorte sterren die na een supernova kunnen overblijven. Dat was ook de eerste zwaartekrachtsgolf waar astronomen een lichtsignaal bij konden waarnemen. Uit het lichtspectrum bleek ondermeer dat bij de botsing goud moest zijn gevormd.

Astrofysici hoopten al langere tijd op de waarneming van een botsing tussen een zwart gat en een neutronenster. Zo’n ontmoeting levert op papier zeer interessante fysica op. Bovendien is er een kans dat er licht of andere waarneembare straling bij vrijkomt.

Het trillingssignaal van 14 augustus kon op een uitzonderlijk klein gebiedje aan de hemel worden teruggevoerd. In dat speuren sindsdien een flink aantal astronomen met hun telescopen naar oplichtende en weer uitdovende lichtbronnen. Daarvan zijn wel enkele voorbeeld gevonden, ondermeer door de Nijmeegse astronoom Peter Jonker en collega’s die de omgeving van het verre sterrenstelsel NGC 25454 aanwezen.

Volgens Jonker zijn er wel enkele kandidaten gevonden, maar is er nog geen zekere visuele tegenhanger bij de gemeten zwaartekrachtsgolf. Mogelijk omdat de echte explosie alweer voorbij was voor de telescopen konden worden gericht. Het nagloeien van zo’n gebeurtenis is veel moeilijker te meten.

Eerder deze week was er enige speculatie over een merkwaardig radiosignaal uit het zoekgebied, gemeten met de ASKAP-radiotelescoop in Australië. De meeste experts vermoeden dat dat komt van een onrustig melkwegstelsel, en niet van de gemeten botsing. Dat zou de komende weken kunnen blijken uit metingen van eventueel röntgenlicht met de VLA telescoop en de Chandra ruimtetelescoop, zegt zwaartekrachtsgolfexpert Samaya Nissanke van de universiteit van Amsterdam, tevens verbonden aan onderzoeksinstituut Grappa en Nikhef.