Burgerwetenschappelijk experiment gaat zwaartekrachthotspots en mogelijk verband met zwaarlijvigheid in kaart brengen

De ontdekking van zwaartekrachtgolven afgelopen februari is nú al het wetenschappelijke nieuws van het jaar. Wetenschappers duiken erop en komen nu met alternatieve methodes om ze te detecteren. Een aantal Nederlandse wetenschappers wil het publiek inschakelen om ze te meten. “We vragen mensen zichzelf tweemaal te meten op hun eigen weegschaal, met minimaal één minuut tijdsverschil tussen beide metingen. Bijkomend voordeel is dat we zo wellicht kunnen verklaren waarom bepaalde gebieden hotspots van zwaarlijvigheid lijken te zijn.”

29 maart 2016

UPDATE – 1 APRIL 2016

Fantastisch als je daadwerkelijk zwaartekrachtgolven met je eigen weegschaal had kunnen detecteren. Ook mooi als die extra kilootjes die de weegschaal aangeeft het gevolg zou zijn van een ongelukkige ‘hotspot van zwaarlijvigheid’. We moeten bekennen dat het om een 1-aprilgrap ging.

Hoewel de suggestie misschien wordt gewekt dat zwaartekrachtgolven met een weegschaal te detecteren zijn, een balans is wat dat betreft waardeloos. Zwaartekrachtgolven vervormen de ruimte, ze zorgen niet voor (tijdelijke) verandering van zwaartekracht. Wetenschappers gebruiken daarom instrumenten die de vervorming van de ruimte meten, zoals de Amerikaanse LIGO- en Europese Virgo-detector. Zij speuren met een ongekende precisie naar kortstondige veranderingen van de lengte van een kilometerslange testopstelling.

De ‘zwaartekrachtshotspots’ zijn ook verzonnen, hoewel je niet overal op aarde hetzelfde weegt. Dat heeft verschillende oorzaken. Onder andere de draaiing van de aarde die ervoor zorgt dat je rond de evenaar een beetje naar buiten wordt geslingerd en minder hard op een weegschaal drukt. Ook het materiaal waarvan de ondergrond gemaakt is bepaalt hoe sterk de zwaartekracht op een bepaald stukje aarde is. Er zijn op onze planeet verschillen te meten tot ongeveer 0,5 procent. Dat komt bij een gemiddelde persoon toch al gauw neer op een paar honderd gram! Maar het verschil tussen een gezond gewicht en zwaarlijvigheid zal het niet verklaren.

Uiteindelijk was er geen enkele lezer die daadwerkelijk voor de wetenschap op de weegschaal stond. Wel lieten een paar mensen weten dit van plan te zijn. We kunnen daar eigenlijk trots op zijn, en moeten de volgende keer toch echt iets meer uit de kast halen om de oplettende Kennislinklezers beet te nemen.

close-up van een deel van een wereldbol — Aarde.
wikimediacommons

De betrokken wetenschappers stonden afgelopen februari te juichen toen er tijdens twee grote persconferenties werd aangekondigd dat er voor het eerste zwaartekrachtgolven waren gedetecteerd. De Amerikaanse LIGO-detector die al jaren speurt naar de door Einstein voorspelde rimpelingen in de ruimtetijd, had in september een signaal opgepikt van twee zwarte gaten die zo’n 1,3 miljard jaar geleden samensmolten.

Volgens de betrokken wetenschappers opent de ontdekking een geheel nieuw vakgebied binnen de sterrenkunde. “Het is alsof we jarenlang naar een orkest hebben zitten kijken en het nu opeens kunnen horen”, liet een betrokken astrofysicus destijds weten. Er zou ook genoeg te ‘horen’ zijn in het universum, zoals zwarte gaten of neutronensterren die om elkaar heen draaien of – zoals afgelopen jaar – samensmelten.

Meet mee aan zwaartekrachthotspots

Doe mee aan het eerste burgerwetenschappelijke experiment om zwaartekrachtgolven te detecteren! Leer of je op een zwaartekrachthotspot woont, waar meer zwaarlijvigheid voorkomt.

Ga met een tussenpauze van minimaal één minuut tweemaal op je eigen weegschaal staan en neem een foto van het weergegeven gewicht. Stuur de foto’s naar BAMWeef@gmail.com. Foto’s hebben tegenwoordig meestal een accurate tijd- en plaatsaanduiding.

De LIGO-detector is sinds de ontdekking van de eerste zwaartekrachtgolven gewoon doorgegaan met metingen doen en wordt binnenkort bijgestaan door de Europese Virgo-detector in de buurt van het Italiaanse Pisa. Ook proberen wetenschappers een ruimtedetector voor zwaartekrachtgolven van de grond te krijgen.

Maar voordat het zo ver is, zou een in allerijl opgezet initiatief de honderden miljoenen kostende internationale detectoren wel eens de loef kunnen afsteken. Wetenschappers van WAVES, een samenwerkingsverband van verschillende onderzoeksinstituten proberen de minuscule rimpelingen in de ruimtetijd met huis-tuin-en-keuken-weegschalen te meten in hun project Gravitational Waves in your Bathroom (GWiBR). Ze vragen daarbij de hulp van het publiek.

Meedoen is simpel. Deelnemers meten tweemaal zo precies mogelijk hun eigen gewicht terwijl ze op hun eigen weegschaal staan, met een pauze van minimaal één minuut tussen beide metingen. Ze sturen de gegevens als foto op naar Ben Weef.

Burgerwetenschap aan zwarte gaten

“Het is tamelijk uniek dat het publiek direct kan bijdragen aan astronomisch onderzoek”, zegt Ben Weef enthousiast. Weef is astronoom en een van de initiatiefnemers van het project. “Ik ken verder alleen het Seti@home-project waarmee je helpt zoeken naar buitenaards leven.” In andere vakgebieden zijn er meer van dergelijke initiatieven, zoals de fijnstofmetingen van iSPEX en de lichtmetingen van Zicht op Licht. “Wij willen nu de kosmos echt bij de mensen thuis brengen!”

Het lijkt misschien onnozel, op een weegschaal gaan staan om te zien of de wijzer of het display kort verspringt. “Dat gebeurt ook niet”, zegt Weef. “We werken met publieksmetingen die minimaal een minuut uit elkaar liggen, en verreweg de meeste deelnemers zullen twee exact dezelfde metingen doen. Toch verwachten we uit een grote aantal metingen statistisch kleine verschillen te kunnen destilleren. Die verschillen kunnen vervolgens de basis vormen voor de detectie van zwaartekrachtgolven en zwaartekrachthotspots.”

Op wat voor zwaartekrachtgolven richt GWiBR zijn pijlen? LIGO mat een ‘tsjirp’, een signaal van minder dan een seconde met een relatief hoge frequentie. Het zijn ook precies deze golven waarvoor deze detectoren zijn geoptimaliseerd. Het mag duidelijk zijn dat het oppikken van zo’n signaal lastig wordt met de relatief trage thuismetingen. Weef: “Wij richten ons op de detectie van golven met een veel lagere frequentie, bijvoorbeeld van zware objecten die met een veel lagere snelheid om elkaar heen draaien. Wat dat betreft kunnen thuismetingen het onderzoek van LIGO en Virgo perfect aanvullen.”

“Aardig is dat de metingen ook zogenaamde zwaartekrachthotspots zouden kunnen helpen identificeren,” vertelt Weef. “Dit zijn plekken waar wetenschappers van vermoeden dat overdaad aan zwaartekracht zorgt voor meer zwaarlijvigheid. Hoe dat verband precies ligt, is nog erg onduidelijk, maar er zijn sterke aanwijzingen dat zwaarlijvigheid vooral voorkomt op plekken waar de zwaartekracht dichter aan het oppervlak ligt.”

Het ‘geluid’ van twee samensmeltende zwarte gaten. Het signaal dat door LIGO is opgepikt bestaat uit een korte puls die snel hoger wordt. Dit is precies de voorspelling voor zwaartekrachtgolven van twee zwarte gaten die steeds sneller om elkaar heen draaien, samensmelten, en stil worden. Het zwarte gat dat hierbij ontstaat produceert in zijn eentje namelijk geen zwaartekrachtgolven meer.

Interessant is ook de mogelijke ontdekking van een tweede zwart gat dat zich in een gaswolk zou verstoppen en een baan om het centrum van de Melkweg zou beschrijven. Deze ontdekking werd afgelopen januari door Japanse astronomen aangekondigd. Juist de relatief ruime baan van dat zwarte gat om het veel zwaardere zwarte gat dat zich in de kern van de Melkweg bevindt veroorzaakt laagfrequente zwaartekrachtgolven.

“Radiometingen aan dat zwart gat laten bovendien een periodieke activiteit zien”, zegt Weef. “Elke zes weken lijkt het object weer even wat helderder te worden. Dat zou kunnen komen doordat het een ronde om het centrale zwarte gat heeft voltooid.”

Op de vraag of de thuismetingen accuraat genoeg zijn om te dienen voor wetenschappelijke onderzoek, reageert Weef voorzichtig positief. “We verwachten geen enorme precisie te halen, maar dat is niet erg”, zegt hij. “Wat al een doorbraak zou zijn, is het bewijzen dat er überhaupt zwaartekrachtgolven met een lage frequentie bestaan.”

Op de weegschaal

Weef zegt dat meedoen aan GWiBR makkelijk is, de regels voor het doen van een meting zijn zo simpel mogelijk gehouden. “Wij willen twee metingen die onder dezelfde omstandigheden zijn gedaan, en meer dan een minuut uit elkaar liggen”, zegt hij. “Natuurlijk moet in beide metingen wel dezelfde persoon op de weegschaal staan én dezelfde weegschaal worden gebruikt. De metingen mogen overigens ook langer dan een minuut uit elkaar liggen, bijvoorbeeld een uur of een dag.”

Deelnemers kunnen simpelweg foto’s maken van het weergegeven gewicht en die opsturen naar BAMWeef@gmail.com. Weef hoopt de hele komende maand metingen te verzamelen.

Extra geïnteresseerd is hij naar metingen rond het moment dat het zwart gat het helderst is, want dan zal het verschil tussen de tweelingmetingen mogelijk maximaal zijn. “De eerste keer dat dit weer gebeurt, is waarschijnlijk aankomende vrijdag”, zegt hij. Weef: “We koppelen die gegevens natuurlijk terug. Ik snap dat het interessant is om te weten of je op een zwaartekrachthotspot woont. Dat zou best gevolgen kunnen hebben voor je gewicht.”

De eerste resultaten van het onderzoek worden over een aantal maanden verwacht. Weef belooft ook dat alle deelnemers een vermelding op de eventuele wetenschappelijke publicaties krijgen. “Dat is een goede traditie bij publieksonderzoeken”, zegt hij. Weef hoopt dat mensen ook gewoon uit enthousiasme meedoen. “Hoe geweldig is het om vanuit je badkamer een zwart gat op tienduizenden lichtjaren afstand te kunnen detecteren!”

Reageer