Einstein had gelijk met zijn zwaartekrachtsgolven
Francien Yntema
Redacteur Wetenschap
En weer wordt het genie van Albert Einstein bevestigd. De rimpelingen in de ruimtetijd die hij een eeuw geleden voorspelde in zijn algemene relativiteitstheorie, zijn voor het eerst waargenomen. Dat is bekendgemaakt op gelijktijdige persconferenties in Washington, Pisa en Amsterdam.
Dankzij extreem gevoelige en verfijnde apparatuur werd op 14 september 2015 voor het eerst zo’n zwaartekrachtsgolf gemeten, de GW150914 (Gravitation Wave 150914). Nederlandse natuurkundigen en sterrenkundigen hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan deze ontdekking. Dat deden ze samen met ruim duizend collega's uit achttien landen.
Het hoofdartikel over deze ontdekking, dat vandaag verschijnt in Physical Review Letters, telt dan ook ruim duizend (co-)auteurs.
Twee identieke detectoren in de Verenigde Staten kregen op 14 september vorig jaar een "knetterhelder signaal" binnen, zoals Jo van den Brand het noemt. Hij is een van de leiders van het grote internationale onderzoeksprogramma en programmaleider gravitatiegolven bij het Nikhef, het nationale instituut voor subatomaire fysica in Amsterdam.
Van den Brand is erg opgewonden over de ontdekking: "Het is alsof je in het Concertgebouw zit en opeens niet alleen ziet wat er op het podium gebeurt, maar het ook kunt horen".
Anderhalf miljard jaar
Het signaal is anderhalf miljard jaar geleden vertrokken en op 14 september vorig jaar aangekomen op aarde. Ter vergelijking: de aarde is 4,5 miljard jaar oud. De bron van het signaal was het samensmelten van twee grote zwarte gaten, op anderhalf miljard lichtjaar van de aarde verwijderd. Dat is ongeveer 650 keer zo ver als de afstand vanaf aarde naar de Andromedanevel, het dichtstbijzijnde sterrenstelsel gezien vanaf onze Melkweg.
Anderhalf miljard jaar geleden draaiden de beide zwarte gaten om elkaar heen en kwamen ze steeds dichter bij elkaar. Elk van de zwarte gaten had dertig keer zoveel massa als de zon. "Dat is veel zwaarder dan wat we normaal zien in onze Melkweg", zegt Van den Brand. Bij het om elkaar heen draaien kwamen geweldige hoeveelheden energie vrij.
Die energie vervormde de ruimtetijd en veroorzaakte daarmee de zwaartekrachtsgolf die de LIGO-detectoren opvingen. Uiteindelijk smolten de zwarte gaten samen tot een nieuw zwart gat dat bijna twee keer zo zwaar was, waarna de zwaartekrachtsgolven in intensiteit afnamen.
GW150914
Na de samenvoeging zag het nieuw gevormde zwarte gat er rommelig en vervormd uit en trilde een fractie van een seconde hevig na, waarna het zijn definitieve vorm kreeg. De rimpelingen in de ruimtetijd die de samensmelting veroorzaakte, zijn een opeenvolging van zwaartekrachtsgolven. En één zo'n sequentie van zwaartekrachtsgolven is nu waargenomen, de GW150914.
"Er is een goede reden dat het signaal zo helder binnenkwam", legt Gijs Nelemans uit. Hij is sterrenkundige aan de Radboud Universiteit Nijmegen en een van de twee coördinerende editors van een artikel over de sterrenkundige implicaties van de ontdekking dat vandaag verschijnt in Astrophysical Journal Letters.
"De samensmelting van de zwarte gaten vond bij wijze van spreken in onze achtertuin plaats. De LIGO-detectoren kunnen signalen oppikken op een afstand van meer dan acht miljard lichtjaar. Deze zwarte gaten waren 'slechts' anderhalf miljard lichtjaar van ons verwijderd."
Gevoelig
Het huidige onderzoeksprogramma naar zwaartekrachtsgolven loopt pas sinds 2000. Naast de twee LIGO-detectoren in de Verenigde Staten is er in het samenwerkingsverband ook de zogeheten Virgo-detector in het Italiaanse Pisa. De apparaten worden telkens een beetje verbeterd.
"Jarenlang hebben we niets gemeten. Achteraf weten we dat we er in 2010-2011 dichtbij waren, maar onze apparatuur was toen nog niet gevoelig genoeg", zegt Jo van den Brand.
Het waarnemen van een zwaartekrachtsgolf na een samensmelting van twee zwarte gaten was overigens een (tweede) grote verrassing, legt Chris Van Den Broeck uit. Hij werkt bij het Nikhef en is een van de twee coördinatoren van alle data-analyses die gedaan zijn bij de ontdekking van GW150914.
"Natuurlijk waren we op zoek naar een zwaartekrachtsgolf, maar we gingen er eigenlijk van uit dat we zwaartekrachtsgolven zouden vinden die afkomstig waren van twee samensmeltende neutronensterren. Die smelten namelijk veel vaker samen. We hadden geen idee hoe vaak zo'n fusie van twee zwarte gaten zich voordoet: eens per jaar of eens per tienduizend jaar. En we hadden ook geluk: op de eerste dag dat de beide LIGO-detectoren in het najaar van 2015 weer aangezet werden, was het meteen bingo. Stel je voor dat ze een paar dagen later aangezet waren."
In het programma Nieuws en Co op NPO Radio 1 wordt tot 18.30 uur ruim aandacht besteed aan het nieuws dat de wetenschappelijke gemeenschap in de hele wereld in zijn greep heeft. Ook de NOS Journaals besteden er ruime aandacht aan.