De bliksem heeft twee keer geslagen - misschien drie keer - en wetenschappers van het Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, of LIGO, hopen dat dit slechts het begin is van een nieuw tijdperk om ons universum te begrijpen. Deze 'bliksem' kwam in de vorm van de ongrijpbare, moeilijk te detecteren zwaartekrachtgolven, veroorzaakt door gigantische gebeurtenissen, zoals een botsing van een paar zwarte gaten. De energie die vrijkomt bij een dergelijke gebeurtenis verstoort het weefsel van ruimte en tijd, net als rimpelingen in een vijver. De aankondiging van vandaag is de tweede set zwaartekrachtsgolven die LIGO heeft gedetecteerd, na de historische eerste detectie die in februari van dit jaar werd aangekondigd.
"Deze botsing gebeurde 1,5 miljard jaar geleden", zei Gabriela Gonzalez van de Louisiana State University tijdens een persconferentie om de nieuwe detectie aan te kondigen, "en hiermee kunnen we je vertellen dat het tijdperk van de zwaartekrachtsgolfastronomie is begonnen."
LIGO's eerste detectie van gravitatiegolven door samenvoegende zwarte gaten vond plaats op 14 september 2015 en bevestigde een belangrijke voorspelling van Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie uit 1915. De tweede detectie vond plaats op 25 december 2015 en werd geregistreerd door beide dubbele LIGO-detectoren.
Terwijl de eerste detectie van de zwaartekrachtsgolven die vrijkwamen door de gewelddadige samenvoeging van zwarte gaten slechts een klein “tjirp” was dat slechts een vijfde van een seconde duurde, was deze tweede detectie meer een “schreeuw” die gedurende een hele seconde zichtbaar was in de data. Luister in deze video:
'Dit is wat we de muziek van zwaartekracht noemen', zei González terwijl ze de video afspeelde op de persconferentie van vandaag.
Hoewel gravitatiegolven geen geluidsgolven zijn, hebben de onderzoekers de oscillatie en frequentie van de gravitatiegolf omgezet in een geluidsgolf met dezelfde frequentie. Waarom waren de twee evenementen zo verschillend?
Uit de gegevens concludeerden de onderzoekers dat de tweede reeks zwaartekrachtgolven werd geproduceerd tijdens de laatste momenten van de samenvoeging van twee zwarte gaten die 14 en 8 keer de massa van de zon waren, en de botsing produceerde een enkel, meer massief draaiend zwart gat 21 keer de massa van de zon. Ter vergelijking: de in september 2015 gedetecteerde zwarte gaten waren 36 en 29 keer de massa van de zon en gingen op in een zwart gat van 62 zonsmassa's.
De wetenschappers zeiden dat de zwaartekrachtgolven met een hogere frequentie van de zwarte gaten met een lagere massa de 'sweet spot' van de LIGO-detectoren raken.
"Het is heel significant dat deze zwarte gaten veel minder zwaar waren dan die bij de eerste detectie", zegt Gonzalez. “Vanwege hun lichtere massa vergeleken met de eerste detectie, brachten ze meer tijd - ongeveer een seconde - door in de gevoelige band van de detectoren. Het is een veelbelovende start om de populatie zwarte gaten in ons universum in kaart te brengen. ”
LIGO stelt wetenschappers in staat om het heelal op een nieuwe manier te bestuderen, met behulp van zwaartekracht in plaats van licht. LIGO gebruikt lasers om de positie van spiegels die van elkaar zijn gescheiden met 4 kilometer, ongeveer 2,5 mijl, nauwkeurig te meten op twee locaties die meer dan 3.000 km van elkaar verwijderd zijn, in Livingston, Louisiana en Hanford, Washington. Dus LIGO detecteert de botsing met een zwart gat niet rechtstreeks, maar wel het uitrekken en comprimeren van de ruimte zelf. De detecties tot nu toe zijn het resultaat van het vermogen van LIGO om de verstoring van de ruimte te meten met een nauwkeurigheid van 1 deel op een miljard miljard. Het signaal van de laatste gebeurtenis, GW151226 genaamd, werd geproduceerd door materie die werd omgezet in energie, die letterlijk de ruimtetijd schudde zoals Jello.
LIGO-teamlid Fulvio Ricci, een natuurkundige aan de Universiteit van Rome, La Sapienzaa, zei dat er in oktober een derde 'kandidaat'-detectie van een gebeurtenis was, waarvan Ricci zei dat hij deze liever een' trigger 'noemde, maar het was veel minder belangrijk en de signaal naar ruis dat niet groot genoeg is om officieel als detectie te gelden.
Maar toch, zei het team, wijzen de twee bevestigde detecties erop dat zwarte gaten veel vaker voorkomen in het universum dan eerder werd aangenomen, en ze komen vaak in paren voor.
"De tweede ontdekking" heeft de ‘O’ voor Observatory in LIGO echt gezet, 'zegt Albert Lazzarini, adjunct-directeur van het LIGO Laboratory bij Caltech. “Met detecties van twee sterke gebeurtenissen in de vier maanden van onze eerste waarnemingsrun, kunnen we voorspellingen doen over hoe vaak we in de toekomst zwaartekrachtsgolven kunnen horen. LIGO brengt ons een nieuwe manier om enkele van de donkerste maar meest energetische gebeurtenissen in ons universum te observeren. ”
LIGO is nu offline voor verbeteringen. De volgende gegevensverzamelingsrun begint dit najaar en dankzij de verbeterde detectorgevoeligheid kan LIGO maar liefst 1,5 tot twee keer meer van het volume van het universum bereiken dan de eerste run. Een derde locatie, de Maagd-detector in de buurt van Pisa, Italië, met een ontwerp dat lijkt op de dubbele LIGO-detectoren, zal naar verwachting in de tweede helft van de komende observatierun van LIGO online komen. Maagd zal het vermogen van natuurkundigen om de bron van elke nieuwe gebeurtenis te lokaliseren verbeteren door verschillen op millisecondenschaal te vergelijken in de aankomsttijd van inkomende gravitatiegolfsignalen.
Ondertussen kun je het LIGO-team helpen met het Gravity Spy citizen science-project via Zooniverse.
Bronnen voor verder lezen:
Persberichten:
Universiteit van Maryland
Noordwestelijke Universiteit
West Virginia University
Pennsylvania State University
Physical Review Letters: GW151226: Observatie van gravitatiegolven van een 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence
LIGO-feitenpagina, Caltech
Voor een uitstekend overzicht van zwaartekrachtsgolven, hun bronnen en hun detectie, bekijk Markus Possel's uitstekende serie artikelen die we in februari op de UT hebben geplaatst:
