De langgezochte zwaartekrachtsgolven zijn ditmaal vermoedelijk eindelijk gevonden. Onderzoek van onze Britse collega’s toont namelijk aan dat zwaartekrachtgolfexperiment LIGO al drie mogelijke signaalbronnen heeft onderzocht.
Fysici zoeken al jarenlang naar zwaartekrachtsgolven omdat deze worden voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Vondst van de golven, rimpelingen in de ruimtetijd, zouden deze beroemde theorie wederom bevestigen. Bovendien – en dat is nog belangrijker – openen ze de deur om op een nieuwe manier geheimen van het universum bloot te leggen.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
De algemene relativiteitstheorie beschrijft hoe omvangrijke objecten zoals zwarte gaten en neutronensterren de ruimtetijd rond zichzelf kromtrekken. Wanneer twee zulke giganten botsen, veroorzaakt dat verstoringen die met de snelheid van het licht als golven door de ruimtetijd trekken. Hoewel fysici vrij zeker zijn dat dit gebeurt, zijn de golven zelf nog nooit direct gemeten.
Dat zou snel kunnen veranderen. Maandenlang deden op social media zoals Twitter al geruchten de ronde dat zo’n zwaartekrachtsgolfsignaal zou zijn gemeten door LIGO, het experiment dat zich bezig houdt met het zoeken naar deze signalen.
Gisteren werd bovendien een persconferentie aangekondigd over zwaartekrachtsgolven. Deze vindt op 11 februari tegelijk plaats in Amerika, thuishaven van LIGO en in Italië, waar het Europese zwaartekrachtgolfexperiment VIRGO huist.
Toch zijn er nog meer redenen om te geloven dat het ditmaal echt raak is. De Engelse New Scientist ontdekte aan de hand van openbare observatielogboeken dat het team van LIGO al minimaal drie mogelijke signaalbronnen heeft onderzocht sinds ze zijn begonnen met het experiment in september.
De grijns van de Cheshire cat
Die signalen kwamen zij op het spoor omdat zij een ding zeker wisten: als een van de detectoren een signaal meet, zullen de fysici ook op zoek gaan naar de locatie van dat signaal. Uit modellen weten zij namelijk al dat het signaal, wanneer dat wordt veroorzaakt door het samensmelten van twee neutronensterren of zwarte gaten, wel wat weg heeft van een pieptoon waarvan de frequentie stijgt totdat de toon uiteindelijk verdwijnt. Nadere bestudering geeft vervolgens een idee hoe ver weg de botsing plaatsvond, en wat de massa is van de twee deelnemende objecten.
De LIGO-detectoren, die op 3000 kilometer afstand van elkaar geplaatst zijn in Hanford en Livingston in de Verenigde Staten, kunnen voorbijgaande zwaartekrachtsgolven oppikken door te meten hoe de ruimtetijd zich uitrekt en samentrekt – iets dat overigens gebeurt op de schaal van een tienduizendste van de diameter van een proton.
Met een derde detector is het mogelijk de bron van het signaal door middel van een driehoeksberekening nog nauwkeuriger vast te stellen. Dat zal later dit jaar mogelijk zijn, wanneer het VIRGO-experiment in Cascina in Italië mee gaat doen. Met de huidige twee detectoren kunnen fysici op zijn best een indicatie geven van de regio waarin de bron van het signaal zich bevindt.
Het LIGO-team roept daarvoor de hulp in van 75 observatoria wereldwijd, die deze regio kunnen scannen voor meer traditionele signalen: zichtbaar licht, gammastralen en zelfs neutrino’s. Als je zo’n zwaartekrachtsgolfevenement vergelijkt met de moeilijk grijpbare Cheshire cat uit Alice in Wonderland, dan is het vinden van deze tegenhangers te vergelijken met het zien van zijn grijns.
Het is nu juist die zoektocht die suggereert dat er inderdaad iets moois aan de hand is bij LIGO en VIRGO. Want hoewel de resultaten van de zoektocht niet openbaar is, blijkt uit de openbare observatielogboeken wel degelijk dat deze heeft plaatsgevonden én wat de coördinaten zijn waarop de zoektocht zich richtte. Dat die zoektocht heeft plaatsgevonden suggereert dat er inderdaad een mogelijke vondst is geweest.
De Engelstalige New Scientist richtte zijn zoektocht op de European Southern Observatory in Chili, waar de telescopen specifiek op zoek gingen naar felle lichtflitsen die mogelijk samen met een zwaartekrachtsgolfsignaal te detecteren zijn. Door de locaties van deze zoektochten in kaart te brengen konden zij vaststellen waar en wanneer LIGO’s interesse werd opgewekt.
De eerste zoektocht begon op 17 september bij het sterrenbeeld Dorado (Goudvis) en vervolgde zich langs andere zuidelijke sterrenbeelden (zie de blauwe punten in de afbeelding). LIGOs observatie begon officieel de volgende ochtend, maar het experiment verzamelde de afgelopen paar weken al data ter voorbereiding.
Het eerste gerucht over het signaal verscheen al een week later, tot de verbijstering van de teamleden. Als de geruchten bevestigd worden, viel het eerste signaal LIGO nog voor de initiële aanvang van het experiment.
Twee andere zoektochten, één rond het sterrenbeeld Aries (Ram), de ander in de buurt van Hydra (Waterslang), liepen van 28 december tot het einde van de meting op 14 januari (zie de rode stippen in de afbeelding). De drie onderzoeken samen suggereren dat LIGO qua timing mogelijk ontzettend veel geluk heeft gehad.
Nep?
De laatste keer dat iets dergelijks gebeurde eindigde in een teleurstelling, omdat het LIGO team ook zelf signalen maakt om hun analyse te testen.
In 2010 werd door LIGO al een pieptoon gevonden door die leek op de botsing van twee zwarte gaten. Het team stuurde de locaties van de mogelijke oorsprong van het signaal naar astronomen, die vervolgens met andere telescopen op zoek gingen naar tegenhangers. Er was echter één probleem: het signaal was nep, een fabricaat opzettelijk ingevoerd in de data stroom om zeker te zijn dat het team in staat zou zijn een echt signaal te ontdekken.
Liveblog
Op de persconferentie donderdag komen we erachter of deze nieuwe signalen meer waren dan een controle-oefening. New Scientist is in elk geval ter plaatse om jullie op de hoogte te houden van het laatste nieuws over zwaartekrachtsgolven en vast te stellen of dit meer is dan een storm in een glas water.
Vet, donderdag zit ik voor @NewScientistNL bij VIRGO-experiment in Italië voor nws over #zwaartekrachtsgolven. Strx (en do) meer op de site!
— George van Hal (@georgevanhal) February 9, 2016
Onze redacteur George van Hal is die dag in Italië bij de persconferentie van het VIRGO-experiment, waar hij exclusief toegang heeft tot de bij de experimenten betrokken onderzoekers. In een liveblog zullen hij en collega’s de hele dag vooruitblikken op wat een mogelijke vondst betekent en de resultaten op de perconferentie direct vertalen en duiden. Zorg er dus voor dat je donderdag niets mitst van wat potentieel het grootste natuurkundenieuws sinds van de vondst van het higgsdeeltje wordt.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: