LIGO-wetenschappers ontdekken zwaartekrachtsgolven, bewijzen Albert Einstein

Tegenwoordig hebben wetenschappers met de Gravitational-Wave Observatory (LIGO) van Laser Interferometer bevestigd dat ze eindelijk bewijzen hebben gevonden van zwaartekrachtgolven en daarmee de 100-jaar-oude puzzel opgelost die Albert Einstein bezighield. Het is een van de belangrijkste ontdekkingen die ooit door natuurkundigen zijn gedaan, en het belooft te leiden naar een waterval van andere onthullingen.

"We hebben zwaartekrachtsgolven gedetecteerd", zei LIGO-regisseur David Reitze tijdens de aankondiging van donderdag, waarmee hij bevestigde dat er maandenlange geruchten rond de wetenschappelijke gemeenschap circuleerden. "Dit is echt een wetenschappelijk maanschot. En we deden het - we zijn geland op de maan."

In 1916 publiceerde Einstein zijn Relativiteitstheorie. Van de vele manieren waarop het een cruciale rol speelt in de oprichting van de moderne natuurkunde, voorspelde de theorie het bestaan ​​van zwaartekrachtgolven: rimpelingen in ruimtetijd die naar buiten bewegen, veroorzaakt door de aanwezigheid van massa. Einstein heeft het bestaan ​​van deze rimpelingen geponeerd en stierf voordat hij ze daadwerkelijk vond.

Omdat het werk van Einstein baanbrekend was, hangt bijna alles waarvan we denken dat we het weten over de zwaartekracht af van het bestaan ​​van gravitatiegolven. Dat betekent dat het meeste van wat we wisten over de zwaartekracht tot vandaag niet echt werd bevestigd. Dat is allemaal aan het veranderen.

Waarom duurde het zo lang? Gravitatiegolven zijn zo obsceen klein en zwak dat wetenschappers op zoek waren naar een signaal dat op een schaal van -23 staat. Er is altijd een overdaad aan secundair bewijs geweest, maar echt bewijs is waanzinnig moeilijk te vinden op die schaal, daarom is LIGO 25 jaar geleden samengesteld. MIG is een samenwerking tussen MIT, Caltech en bijna 1000 wetenschappers in 16 landen. LIGO heeft een interferometer gebouwd: een vier kilometer lang instrument dat lasers heen en weer schiet met spiegels om signalen te detecteren die zo klein zijn als 1/1000 van de diameter van een proton.

LIGO bouwde twee van deze ultragevoelige instrumenten - een in Hanford, Washington en een andere in Livingston, Louisiana - om ervoor te zorgen dat alles wat ze vonden kon worden geverifieerd. Beide instrumenten gingen in 2002 online, maar 13 jaar lang was er niets dan duisternis.

Op 14 september 2015, twee dagen nadat onlangs opgewaardeerde interferometers operationeel waren geworden, hebben LIGO-onderzoekers eindelijk iets gevonden. Zoals ze later zouden leren, was het een signaal geproduceerd door twee zwarte gaten - elk ongeveer 150 kilometer in diameter en 30 keer de massa van de zon. Ze vlogen in elkaar tegen ongeveer de helft van de snelheid van het licht. Ze kwamen in botsing en fuseerden tot een enkel zwart gat.

De totale energie die de botsing verdreef, was meer dan 50 keer krachtiger dan die van alle sterren in het universum bij elkaar.

Volgens Reitze waren de opgenomen signalen in overeenstemming met welke vergelijkingen de theorie van Einstein in deze omstandigheden zou voorspellen. Niettemin vonden hij en zijn collega's de gegevens 'verbijsterend'.

De signalen zijn niet alleen een kijkje in hoe zwaartekrachtsgolven eruit zien. Ze illustreren ook de feitelijke kenmerken van de gebeurtenis van de fusie en van de zwarte gaten vóór en na de botsingen. Volgens LIGO-wetenschapper Gabriela Gonzalez laten de golfvormen van de ingevangen signalen zien dat het samengevoegde zwarte gat in werkelijkheid iets kleiner is dan de som van de oorspronkelijke twee objecten. Bovendien, "deze fusie gebeurde 1,3 miljard jaar geleden," zei ze, "toen het multicellulaire leven hier op aarde net begon te verspreiden."

Gonzalez speelde een aangepaste geluidsopname van het signaal - een kort, vogelachtig piepje. "Dit is de eerste van velen die komen," zei ze.

De consequenties van de bevindingen kunnen niet worden overschat. De ontdekking heeft niet alleen een eeuwenoud mysterie tot rust gebracht - het opent mensen om via een unieke lens meer over het universum te leren. Vóór donderdag waren astrofysici in wezen beperkt tot het bestuderen van het universum door het elektromagnetische spectrum. Hoewel we veel hebben geleerd, is er een enorme hoeveelheid aan sterren, supernova's, zwarte gaten en andere verschijnselen die we niet kunnen bestuderen zonder zwaartekrachtgolven waar te nemen en te meten. Weten dat we eindelijk naar die signalen kunnen luisteren, opent wetenschappers naar een heel deel van het universum dat vroeger gesloten was.

De resultaten van LIGO bewijzen feitelijk het bestaan ​​van zwarte gaten.

Misschien wel de meest intrigerende, benadrukte beroemde astrofysicus en medeoprichter van LIGO, Kip Thorne (7e gerangschikt, maar nu definitief opwaarts trekkend), zal de mogelijkheid zijn om te bestuderen wat bekend staat als 'kosmische snaren', waarvan wetenschappers denken dat ze de expansie en inflatie van de universum sinds de oerknal.

Andere vragen die wetenschappers wellicht kunnen beantwoorden met een grotere studie van zwaartekrachtgolven: hoe snel breidt het universum uit? Wat veroorzaakt een supernova? Hoe snel bewegen gravitatiegolven in vergelijking met licht?

Het starten van LIGO "was een groot risico", zei France Cordova, directeur van de National Science Foundation. Maar dat risico lijkt vandaag zijn vruchten afgeworpen. "Einstein zou stralend zijn."

De aankondiging van donderdag zal zeker ook grotere verwachtingen oproepen LISA Pathfinder - een ruimtevaartuig dat fungeert als testbed voor eLISA, een interferometer op basis van de ruimte - en zal het geld en de tijd die in dat project wordt geïnvesteerd sterk valideren.

En dat is nog maar het begin. We gaan meer over het universum te weten komen dan we ooit voor mogelijk hadden gehouden, en kunnen uiteindelijk dichterbij komen om de oorsprong en de toekomst van het universum te begrijpen. "Wat echt spannend is, is wat erna komt", zei Reitze.