Wetenschappers detecteren nog een ronde zwaartekrachtgolven

De wereld was verbluft toen wetenschappers van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in februari aankondigden dat ze eindelijk zwaartekrachtsgolven hadden ontdekt en een eeuwenoud onderzoek hadden opgelost dat begon met Albert Einstein.

Nou, hou je peuken vast - de LIGO-supersterren hebben het opnieuw gedaan. Pas maanden nadat ze de metingen van de eerste gravitatiegolfsignalen hadden gemaakt, slaagden de instrumenten van LIGO er in om zwaartekrachtsgolven een tweede keer te detecteren - opnieuw het gevolg van een paar zwarte gaten die tegen elkaar botsten - afgelopen kerst. De bevindingen worden gepubliceerd in het laatste nummer van Physical Review Letters.

Op een persconferentie van de American Astronomical Society in San Diego vandaag, prees Gabriela González, de woordvoerder van LIGO Scientific Cooperation (LSC), vol lof over het vermogen van LIGO's detectoren - die nog niet op volle capaciteit draaien - om dergelijke zwakke signalen. "Ondanks dat deze zo klein zijn, hebben deze LIGO-instrumenten op aarde heel duidelijk deze zwaartekrachtgolven gedetecteerd," zei ze. "Hiermee kunnen we je nu vertellen dat het tijdperk van gravitatiegolf-astronomie net is begonnen."

Andere LIGO-wetenschappers weerklonken Gonzàlez's vreugde - en verrassing - dat ze binnen een jaar nog een paar binaire zwarte gaten hadden ontdekt.

"Ik had nooit kunnen vermoeden dat we de eerste paar maanden van observaties zo gelukkig zouden zijn, niet alleen één, maar twee definitieve binaire black-hole-detecties," zei Chad Hanna, een astrofysicus aan de Penn State University verbonden aan LIGO, in een nieuwsuitgave van PSU.

Zwaartekrachtsgolven worden vaak rimpelingen in ruimtetijd genoemd, veroorzaakt door de aanwezigheid van massa. Ze hoeven niet noodzakelijkerwijs do alles, maar ze zijn een belangrijke indicator dat zwaartekracht, nou ja, bestaat. Zwaartekrachtgolven bevatten in wezen informatie over de aard van de zwaartekracht, waarom en hoe grotere massa's zwaartekrachteffecten op kleinere massa's uitoefenen, en meer.

Het December-signaal was het resultaat van een paar zwarte gaten die respectievelijk veertien en acht keer de massa van de zon tegen elkaar botsten om een ​​enkel massief zwart gat te vormen dat ongeveer 21 keer zo groot was als de zon en dat allemaal 1,4 miljard keer gebeurde jaren geleden. Het is een aanzienlijk kleinere gebeurtenis dan de eerste black hole-fusie waargenomen in september - bestaande uit een paar zwarte gaten 29 en 36 keer massiever dan de zon, respectievelijk, en verdrijven meer energie dan alle sterren van het universum samen - maar dat is niet helemaal negatief.

In feite is het observeren van zwaartekrachtgolven die worden geproduceerd door een zwakkere hemelevenement een vrij bemoedigende ontwikkeling. Als wetenschappers hopen om zwaartekrachtsgolven dieper te bestuderen, zullen ze zoveel mogelijk metingen willen doen, van allerlei kosmische verschijnselen. Voor LIGO's instrumenten om iets minder massaal op te nemen is een krachtige stap voorwaarts.

Het is heel belangrijk dat deze zwarte gaten veel minder massief waren dan die waargenomen bij de eerste detectie, zei González in een nieuwsuitgave uitgegeven door MIT. "Vanwege hun lichtere massa's vergeleken met de eerste detectie, brachten ze meer tijd - ongeveer een seconde - door in de gevoelige band van de detectoren. Het is een veelbelovende start om de populaties van zwarte gaten in ons universum in kaart te brengen."

Op de AAS-conferentie bevestigde David Reitze, de uitvoerend directeur van het LIGO-project, plannen om de gevoeligheid van de detectoren met 15 tot 25 procent te verhogen voor de volgende run dit najaar. "De toekomst zal vol zijn met binaire zwart gat fusies voor LIGO," zei hij. "We zullen hier nog veel meer van zien." Hij gaf ook een hint naar LIGO's zoektocht naar andere gebeurtenissen dan binaire black hole-fusies; de botsing van binaire neutronensterren, zei hij, kon ook snel worden opgespoord.

De resultaten suggereren ook dat fusies met zwart gat veel vaker voorkomen dan wetenschappers aanvankelijk geloofden.

Zwaartekrachtsgolven zijn ultra moeilijk te meten vanwege hoe zwak ze zijn. Wetenschappers meten zwaartekrachtsgolven via een instrument dat bekend staat als een interferometer, die in essentie een gespecialiseerde laser produceert die over zeer grote afstanden loopt en die gevoelig genoeg is om de aanwezigheid van deze signalen te detecteren.

LIGO gebruikt twee verschillende interferometers (één in Livingston, Louisiana en één in Hanford, Washington) als een manier om zowel de golven te meten en te verifiëren dat het signaal een zwaartekrachtgolf is en niet alleen een afwijking veroorzaakt door lokale geologische beweging of andere factoren.

Hoewel LIGO sinds 2002 operationeel is, is de reden dat we zwaartekrachtgolven beginnen te vinden, dankzij een belangrijke upgrade die zowel interferometers (als de in Italië gevestigde Virgo-interferometer) vorig jaar hebben ondergaan. In feite werden de eerste signalen gevonden slechts enkele dagen nadat de upgrades voltooid waren. Onnodig te zeggen dat deze renovaties altijd de verwachtingen overtreffen.

LITO's toekomstige projecten beschrijven, Reitze besproken plannen om een ​​andere detector te bouwen in India. "Hopelijk hebben we vijf detectoren die het komende decennium in gaan," zei hij, ook verwijzend naar de Hanford en Livingston detectors, de Maagd van Italië, en KAGRA, die momenteel in aanbouw is in Japan; het is te hopen dat onderzoekers met meer detectoren niet alleen een grotere strook van de hemel kunnen vegen voor zwaartekrachtsgolven, maar ook beter bevind zich ze, in een proces vergelijkbaar met triangulatie.

De nieuwe bevindingen zijn niet alleen een extra gegevensset voor de nu groeiende catalogus van gravitatiegolfgegevens. Wetenschappers verwachten de getallen te gebruiken als onderdeel van een poging om voorspellingen te doen over welke soorten gebeurtenissen meetbare zwaartekrachtsgolven zullen produceren, waar die gebeurtenissen hebben plaatsgevonden en wanneer te verwachten dat die zwaartekrachtsgolven de aarde zullen bereiken.

"Zeker zullen we veel meer zwarte gaten zien, hopelijk binaire neutronen, en als we geluk hebben, een supernova," zei Reitze op de AAS-conferentie. "Zwaartekrachtgolfastronomie is echt. Waren hier."