Eerste directe detectie van zwaartekrachtgolven

Het gebeurt zelden dat natuurkunde de headlines haalt, maar deze week was het raak. Honderd jaar nadat Albert Einstein voorspelde dat de ruimte deint als een vijveroppervlak, kondigen wetenschappers aan dat ze deze rimpelingen daadwerkelijk hebben gemeten. De zwaartekrachtgolven werden afgelopen september gedetecteerd, vrijwel meteen nadat de verbeterde Amerikaanse LIGO-detector in gebruik werd genomen.

Die golven kun je je voorstellen als een kortstondige en minuscule uitdijing en inkrimping van de ruimte, en zijn voor de mens volstrekt onmerkbaar. Maar LIGO was wél in staat om het ongeveer 0,2 seconde durende signaal op te pikken. Het is afkomstig van twee zwarte gaten van respectievelijk 29 en 36 maal de massa van onze zon, die op een afstand van ruim 1,3 miljard lichtjaar samensmolten tot één zwart gat. De grote massa’s en de gigantische snelheden die met de samensmelting gepaard gingen, zorgden voor golven die nu ruim een miljard jaar later gedetecteerd zijn op aarde.

Naast de ontdekking van zwaartekrachtgolven zijn er volgens de betrokken wetenschappers verschillende primeurs te melden. Voor het eerst zijn er twee zwarte gaten gevonden die om elkaar heen draaiden. Ook waren er nog nooit zwarte gaten met een massa van pakweg dertig zonsmassa’s gevonden. Wetenschappers vroegen zich zelfs af of ze überhaupt bestonden. De ontdekkingen zijn deze week bekendgemaakt in verschillende wetenschappelijke artikelen en tijdens verschillende persconferenties in onder andere Amerika, Italië en Nederland.

Tsjirpende ruimte

De afgelopen maanden gonsde het al in natuurkundeland: waren er daadwerkelijk zwaartekrachtgolven ontdekt? Wel volgens tweets van een gerenommeerde professor. En ook volgens een uitgelekte (Engelstalige) e-mail van een overigens niet betrokken wetenschapper. Maar het kon eigenlijk niet meer missen of de directe detectie van zwaartekrachtgolven zou donderdag bekend worden gemaakt.

Het gemeten signaal is een soort ‘tsjirp’ dat ongeveer 0,2 seconde duurt en daarna verdwijnt. Maar hoe weten de wetenschappers wat ze hebben ‘gehoord’? “Er zit heel veel informatie in de vorm van de golven die we meten”, zegt Gijs Nelemans, sterrenkundige van onder andere de Radboud Universiteit Nijmegen die betrokken was bij het onderzoek. Denk daarbij aan de intensiteit van het signaal en de manier waarop de frequentie van de golf verandert.

Uiteindelijk konden de astronomen zo bepalen dat het om twee zwarte gaten moest gaan van pakweg 29 en 36 zonsmassa’s die elkaar naderden tot een afstand van 210 kilometer en samensmolten tot een nieuw zwart gat van ongeveer 62 zonsmassa’s. Daarbij is een deel van de massa van de zwarte gaten omgezet in energie en zwaartekrachtgolven. “Het is de krachtigste gebeurtenis in het universum die we direct hebben waargenomen”, zei Jo van den Brand, hoogleraar astrofysica van de Vrije Universiteit en het Nikhef tijdens de persconferentie in Amsterdam.

Van den Brand liet ook weten dat er met deze ontdekking een geheel nieuwe tak van natuurkunde en astronomie is geboren. “Het is alsof we jarenlang naar een orkest hebben zitten kijken en het nu opeens kunnen horen, geweldig.” Het biedt volgens de betrokken wetenschappers kans om nieuw onderzoek te doen, en vooral aan extreme objecten zoals zwarte gaten.

Op die termijn zou ook de voorgestelde Einstein Telescoop het licht kunnen zien. Deze interferometer zou op de stabiele bodem in de mergelgrotten van Zuid-Limburg op zoek gaan naar zwaartekrachtgolven.

De vraag is nu wanneer de volgende zwaartekrachtgolf wordt waargenomen. “In principe kan het nu jaren stil zijn. Er is weinig over te zeggen als je maar een meting hebt. Natuurlijk hoop ik dat er snel een nieuwe detectie volgt”, zegt Nelemans. Zijn collega Chris Van Den Broeck van Nikhef vult hem aan: “Van de afgelopen maanden is pas de helft van de data geanalyseerd. Het zou zomaar kunnen dat we de volgende rimpeling al hebben gemeten!”