Met de zwaartekrachtgolven van vijftig neutronensterparen kun je de snelheid bepalen waarmee het heelal uitdijt. Over die uitdijsnelheid is momenteel nog veel discussie. Verschillende metingen geven namelijk verschillende resultaten. Uit theoretisch onderzoek blijkt nu dat zwaartekrachtgolven voor eens en altijd uitsluitsel kunnen geven.
Heftige gebeurtenissen, zoals het samensmelten van zwarte gaten of neutronensterren, veroorzaken deiningen van de ruimtetijd. Deze deiningen, zwaartekrachtgolven, zijn eind 2015 voor het eerst gemeten. Deze nieuwe manier om naar het heelal te kijken maakt het mogelijk om kosmologische vragen, bijvoorbeeld over de uitdijingssnelheid van het heelal, te beantwoorden.
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 ...
Meer meten betekent minder fouten
Voor het meten van de uitdijing worden de zwaartekrachtgolven van neutronensterren gebruikt en niet die van zwarte gaten. In tegenstelling tot zwarte gaten zenden neutronensterren namelijk ook licht en andere straling uit. Met die straling wordt hun snelheid bepaald. De zwaartekrachtgolven zijn een directe manier om de afstand tot de neutronensterren te meten. De combinatie van die gegevens geeft de uitdijingssnelheid van het heelal.
‘Maar op de meting van een enkel neutronensterrenpaar er zit een grote foutmarge’, zegt postdoc Andrew Williamson van de Universiteit van Amsterdam. ‘Daarom moet je de afstand tot veel verschillende neutronensterren bepalen. Dan is je gemiddelde foutmarge kleiner.’ Met computersimulaties berekenen de onderzoekers dat je met metingen van vijftig paren de fout reduceert tot een paar procent.
Cepheïden en kosmische achtergrondstraling
De uitdijingssnelheid is al eerder gemeten. Er is bijvoorbeeld gekeken naar de snelheid waarmee Cepheïden-sterren van ons vandaan bewegen. Van deze sterren is de afstand en snelheid goed bepaald, omdat precies bekend is hoeveel licht ze uitzenden. Daarnaast is de uitdijingssnelheid berekend aan de hand van metingen aan de kosmische achtergrondstraling.
Vorig jaar bleek er iets vreemds aan de hand. Deze twee metingen gaven verschillende resultaten. Eerst leek het een meetfout. Maar al snel bleek, dankzij meer data, dat er echt twee verschillende uitdijingssnelheden gemeten zijn. ‘Dat verschil kan komen door een systematische fout’, zegt Williamson. ‘Of misschien is het te verklaren met nieuwe natuurkunde, die beschrijft hoe de uitdijingssnelheid in de tijd verandert.’ De zwaartekrachtgolven van neutronensterren kunnen mogelijk uitsluitsel geven.
Vijf tot tien jaar meten
Tot nu toe hebben de zwaartekrachtgolfdetectoren (LIGO in de Verenigde Staten en Virgo in Italië) de golven van één samensmelting van neutronensterren gemeten. Momenteel staan ze uit voor onderhoud. Over ongeveer een maand beginnen ze weer met meten.
Hoe lang duurt het voordat de detectoren zwaartekrachtgolven van vijftig neutronensterparen gemeten hebben? ‘Op basis van één meting is het lastig om in te schatten hoe vaak zoiets voorkomt in het heelal’, zegt Williamson. ‘Maar we schatten dat er binnen vijf tot tien jaar genoeg metingen zijn om de uitdijingssnelheid nauwkeurig te bepalen.’
‘Zwaartekrachtgolfmetingen zijn spannend onderzoek’, mailt astronoom David Jones van UC Santa Cruz, die meewerkte aan het Cepheïden-onderzoek. ‘En ik denk dat het met vijftig metingen inderdaad moet lukken om de uitdijingssnelheid te bepalen. Maar het is onzeker of die de komende jaren gemeten worden.’ Ook Nobelprijswinnaar Adam Riess van de Johns Hopkins University is afwachtend: ‘Het zou prachtig zijn. Maar het is erg onzeker hoeveel van deze systemen de detectoren de komende vijf tot tien jaar gaan vinden. Mogelijk duurt het nog vijftig tot honderd jaar voordat we genoeg metingen hebben. Dat is veel te lang!’
