De krachttoer van de allereerste detectie van een zwaartekrachtgolf, inmiddels twee jaar geleden, hebben fysici al enkele keren kunnen herhalen. Dat gebeurde steevast met ‘rimpelingen in de ruimtetijd’ geproduceerd door zwarte gaten – die geen andere vorm van straling uitzenden. Nu hebben astronomen dankzij de vangst van elektromagnetische straling van een duo van neutronensterren een nieuwe mijlpaal bereikt: voor het eerst kon een kosmisch object ‘gezien’ worden vanuit twee verschillende vensters.
Niet alleen zwarte gaten die met elkaar samensmelten, produceren zwaartekrachtgolven – de eerste gemeten zwaartekrachtgolf in september 2015 kwam van zo’n kosmische fusie. Ook botsende sterren doen dat. Als die sterren zwaar en compact genoeg zijn, kunnen de resulterende zwaartekrachtgolven op aarde worden opgepikt. En dit op volledig dezelfde manier als met zwarte gaten, dus met gigantische experimenten zoals de LIGO-detectoren in de Verenigde Staten en de VIRGO-detector in Noord-Italië.
Op 17 augustus was het zo ver: zowel de LIGO- als de VIRGO-detectoren vingen een bundel zwaartekrachtgolven op van een kosmisch ‘gebeurtenis’ op een afstand van 130 miljoen lichtjaar van ons vandaan. Het cataclysme – het zijn altijd enorme uitbarstingen van energie – kreeg als code GW170817 mee, in afwachting van verdere identificatie.
Die liet niet lang op zich wachten: in de analyse van de ‘conventionele’ astronomische waarnemingen – van onder andere de Europese Very Large Telescope in Chili, de Nederlandse Lofar-telescoop en de Amerikaanse Fermi-ruimtetelescoop – konden fysici al snel de bron van de zwaartekrachtgolven terugvinden. Het gaat om een botsing van twee neutronensterren, die naast zwaartekrachtgolven ook een korte gammaflits (hoogenergetische straling) en een zogenaamde ‘kilonova’ als vingerafdruk heeft nagelaten. Het elektromagnetische signaal arriveerde met slechts twee seconden vertraging op aarde. Astronomen gaan ervan uit dat er van de twee neutronensterren niets overblijft – wellicht hebben ze een zwart gat gevormd.
'Astronomen kunnen nu dezelfde kosmische objecten of gebeurtenissen vanuit verschillende ‘vensters’ bekijken'
Hoewel de observatie van een botsing (en fusie) van twee neutronensterren op zich al bijzonder is – tijdens de botsing worden immers elementen als goud en platina gevormd, die zwaarder dan ijzer zijn en daardoor lange tijd voor hoofdbrekens hebben gezorgd bij kosmologen – is ze in de eerste plaats een illustratie van het belang van de ‘nieuwe vorm van astronomie’ die de zwaartekrachtgolfdetectors hebben ingeluid. Astronomen kunnen nu immers dezelfde kosmische objecten of gebeurtenissen vanuit verschillende ‘vensters’ bekijken, waarbij de verschillende ‘informatiedragers’ (zwaartekrachtgolven, elektromagnetische straling) elk andere kennis aanleveren vanuit de verste uithoeken van ons universum.
Wat weten we nu?
Volgens de Belgische fysicus Chris Van Den Broeck, werkzaam op het Nederlandse Nikhef-instituut en nauw betrokken bij het onderzoek naar zwaartekrachtgolven, vertelt het gemeten zwaartekrachtgolfsignaal heel wat nieuws over neutronensterren – leuk weetje: de dichtheid van een neutronenster is zó groot dat één theelepeltje sterrenmateriaal al gauw enkele tonnen weegt.
'één theelepeltje sterrenmateriaal weegt al gauw enkele tonnen'
‘Het signaal bevat bijvoorbeeld informatie over hoe de neutronensterren elkaar hebben vervormd door de getijdenkrachten, wat ons dan weer iets leert over hoe ze er van binnen uitzien’, zegt Van Den Broeck. ‘Daarnaast bieden zwaartekrachtgolven van dubbele neutronensterren een geheel nieuwe manier om afstanden te bepalen in het heelal. Ook is voor het eerst vastgesteld dat de snelheid van zwaartekrachtgolven niet merkbaar afwijkt van de snelheid van het licht. Een schat aan informatie dus.’
