Unieke waarneming in de ruimte: wetenschappers zien hoe goud ontstaat

Reuters
Geschreven door
Ivo Landman
redacteur Online

Heb je je ooit afgevraagd waar het goud in je trouwring en andere juwelen vandaan komt? Wetenschappers hebben een antwoord gevonden op die vraag door op een andere manier naar de hemel te kijken: met behulp van zwaartekrachtgolven.

Die kosmische golven zijn pas in 2015 voor het eerst gedetecteerd - een eeuw na de voorspelling van de ontdekker, Albert Einstein, dat ze waarschijnlijk nooit te meten zouden zijn. Drie Amerikanen bewezen het tegendeel en kregen er eerder deze maand de Nobelprijs voor Natuurkunde voor.

En nu is er dus opnieuw een wetenschappelijke doorbraak: voor het eerst hebben onderzoekers een kosmische gebeurtenis gelijktijdig met zwaartekrachtgolven én telescopen waargenomen en daarbij stuitten ze op goud.

Wat hebben de wetenschappers gevonden?

Zwaartekrachtgolven ontstaan al als er een appel van een boom valt, maar ze zijn pas meetbaar bij enorme kosmische explosies en botsingen tussen objecten met een gigantische massa, zoals zwarte gaten en sterren.

De afgelopen twee jaar zochten wetenschappers met het speciaal hiervoor gebouwde Amerikaanse observatie-instrument LIGO naar zwaartekrachtgolven. Ze zagen enkele keren hoe zwarte gaten elkaar verzwolgen. Nu hebben ze voor het eerst iets heel anders waargenomen: een botsing tussen twee neutronensterren.

Het waren de overblijfselen van twee zware geëxplodeerde sterren die beide iets meer massa hadden dan onze zon, maar niet groter waren dan een stad als Amsterdam. De druk in die sterren is gigantisch: één theelepel neutronenster heeft een massa van meer dan 1 miljard ton.

Een van de tunnels van zwaartekrachtgolfdetector LIGO LIGO

De botsing tussen die twee neutronensterren gebeurde 130 miljoen jaar geleden, maar was zo ver weg dat het licht en ook de zwaartekrachtgolven van de kosmische klap ons nu pas bereiken. Dat gebeurde op 17 augustus.

Tegelijk met LIGO sloegen ook de meters uit van een Europese zwaartekrachtgolf-meter: Virgo. Die is pas sinds dit jaar in bedrijf en speelde meteen een belangrijke rol, vertelt hoogleraar Jo van den Brand van de Vrije Universiteit Amsterdam, die nauw betrokken is bij het onderzoek. "De detector van Virgo is cruciaal want nu zijn driehoeksmetingen mogelijk, zodat we die bron hebben kunnen vinden. En ook de afstand weten we preciezer."

Hoe werken zwaartekrachtgolven? | NOS op 3

Het signaal van de zwaartkrachtsgolven, duurde zo'n 100 seconden. Astronomische satellieten die continu een groot deel van de hemel in de gaten houden, zagen kort daarna een flits van gammastraling. In de uren daarna ontstond een nieuwe lichtbron aan de hemel. "Na die 100 seconden begon het feest pas", zegt sterrenkundige Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit Nijmegen. "Observatoria over de hele wereld en ook ruimtetelescoop Hubble hebben dat stukje hemel afgespeurd."

Met de telescopen was nog meer te zien. Een neutronenster bestaat vrijwel helemaal uit anonieme neutronen, en niet uit scheikundige elementen zoals het waterstof en helium in onze zon. Maar na de botsing konden astronomen opeens de vorming zien van zware elementen zoals goud. Nelemans: "Waarschijnlijk is de hoeveelheid goud die daar is gevormd groter dan honderd keer de massa van de aarde."

Sinds de ontdekking van de telescoop hebben we naar licht of andere straling gekeken. Nu kunnen we op een heel andere manier naar het universum kijken.

Jo van den Brand, hoogleraar natuurkunde

De kans is groot dat het goud op aarde op dezelfde manier is ontstaan. "Het is interessant om je te realiseren dat bijvoorbeeld het materiaal van je gouden trouwring is gevormd in dit soort processen", stelt hoogleraar Van den Brand. "Deze waarnemingen geven de aanwijzing waar deze elementen allemaal vandaan komen. Niet alleen goud, maar ook elementen als lood, platina, enzovoort."

Volgens Van den Brand staan ons waarschijnlijk nog meer belangrijke ontdekkingen te wachten met behulp van zwaartekrachtgolven. "Sinds de ontdekking van de telescoop hebben we naar licht of andere straling gekeken. Nu kunnen we op een heel andere manier naar het universum kijken. Nu zien we trillingen in de ruimte zelf."

Het onderzoek naar zwaartekrachtgolven staat nog in de kinderschoenen. De komende jaren worden de Virgo en LIGO-detectoren verder verbeterd. "En dan verzamelen we vermoedelijk tien keer meer van dit soort data. En hopelijk krijgen we dan weer nieuwe verrassingen."

Een van de verrassingen waar Van den Brand en andere natuurkundigen op hopen is de ontdekking van zwaartekrachtgolven die zijn veroorzaakt door de oerknal. "Het zou fantastisch zijn als we helemaal terug kunnen kijken naar het allereerste begin. Maar ik kan niet voorspellen of we dat zullen zien en hoe dat eruit zou zien."

Hoe detecteer je een zwaartekrachtgolf?

Sinds 2015 speurt het Amerikaanse detectiesysteem LIGO naar zwaartekrachtgolven. Het systeem bestaat uit twee detectoren: een staat in Louisiana en de ander in de staat Washington. Die detectoren bestaan uit twee vier kilometer lange, loodrecht op elkaar staande tunnels waardoor via een aantal spiegels een bundel infrarood laserlicht gaat. Minimale afwijkingen in de lichtgolven kunnen wijzen op een zwaartekrachtgolf.

Er zijn twee detectoren gebouwd zodat de twee elkaars metingen - die al beïnvloedbaar zijn door aardbevingen en verkeer in de buurt - kunnen bevestigen.

Sinds dit jaar staat ook bij Pisa in Italië zo'n detector: de Europese Virgo. Belangrijk, omdat onderzoekers met drie onafhankelijke detecties, twee van LIGO en een van Virgo, met een driehoeksmeting precies kunnen zien op welk stukje hemel astronomen hun telescopen moeten richten.

1/3De LIGO-zwaartekrachtgolfdetector in de Amerikaanse staat Washington Reuters
2/3De LIGO-zwaartekrachtgolfdetector in Louisiana Reuters
3/3De Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië The Virgo collaboration - CC0 1.0