Botsende neutronensterren met licht én zwaartekrachtgolven waargenomen

Bij een vorige grote persconferentie eind september 2017 gingen er al geruchten, die toen niet werden ingelost. Nu blijken die geruchten toch waar te zijn: met behulp van zwaartekrachtgolven is voor het eerst een samensmelting van neutronensterren waargenomen. Wederom zijn de drie detectoren voor zwaartekrachtgolven in de VS en Europa betrokken, maar ook tientallen ‘gewone’ telescopen en meetinstrumenten werden op de juiste plek gericht om het licht van de gebeurtenis zo goed mogelijk te bestuderen.

De hoeveelheid spectaculaire waarnemingen met zwaartekrachtgolven leek de snelle toekenning van de recente Nobelprijs al te rechtvaardigen, maar tot nu toe werden alleen samensmeltingen van zwarte gaten geregistreerd. Deze superzware overblijfselen van geëxplodeerde sterren zenden geen licht uit, en konden daarom niet eerder worden waargenomen. Ze konden wanneer ze samengingen voor het eerst worden gedetecteerd door zwaartekrachtgolven, wat nu enkele keren is gebeurd.

Neutronensterren

Neutronensterren zijn ook restanten van geëxplodeerde sterren, maar zijn met een diameter van ongeveer 10 kilometer veel kleiner en zenden wel enig licht uit. Bij een samensmelting komt er echter veel energie en licht vrij, samen met zwaartekrachtgolven. Door deze eerste waarneming van zowel licht als zwaartekrachtgolven is men er nu van overtuigd dat deze neutronensterren in een samensmelting zijn gezien.

Wat is er nu ontdekt?

Waar de samensmeltende zwarte gaten slechts een fractie van een seconde zwaartekrachtgolven produceerden, zonden de twee neutronensterren zo’n 100 seconden lang meetbare zwaartekrachtgolven uit. Dit gebeurde terwijl ze in een spiraalbeweging naar elkaar toe bewogen. Bij de resulterende samensmelting kwam vervolgens een korte gammaflits vrij, die door twee observatoria geregistreerd werd. Korte gammaflitsen, een zeer energierijke vorm van licht, werden al eerder waargenomen, maar met de huidige combinatie van zwaartekrachtgolven is men eindelijk zeker dat samensmeltende neutronensterren de bron van de flitsen zijn.

Een andere belangrijke nieuwe ontdekking is het ontstaan van zware elementen tijdens de samensmelting. Tot nu toe was het niet duidelijk waar elementen zwaarder dan ijzer in het universum vandaan kwamen. De twee lichtste elementen, waterstof en helium, zijn tijdens de Big Bang ontstaan, waarna de kernen van sterren en supernova-explosies deze omzetten in wat zwaardere elementen. Door het licht van de botsende neutronensterren te analyseren, is nu duidelijk geworden dat onder meer de zware elementen goud en platina in de samensmelting gecreëerd werden.

Wat zijn zwaartekrachtgolven?

Zwaartekrachtgolven zijn golven in wat natuurkundigen de ruimtetijd noemen. Dat er zulke golven moeten bestaan, volgt uit Einsteins algemene relativiteitstheorie. Volgens deze theorie is zwaartekracht een eigenschap van de ruimtetijd zelf en niet langer een mysterieuze werking op afstand tussen twee massa’s, zoals Isaac Newton had aangenomen. Net zoals een zware bal een trampolinezeil indeukt, zo deukt een ster of een planeet de ruimtetijd in. Zwaartekrachtgolven ontstaan bij heftige kosmische gebeurtenissen, zoals het versmelten van twee zwarte gaten of bij de explosie van een reuzenster. Dan gaan er golven lopen door het kosmische trampolinezeil van de ruimtetijd.

Detectie en lokalisering

De zwaartekrachtgolven werden in eerste instantie alleen door de twee Amerikaanse LIGO-detectoren opgepikt. Door de hoek met de bron was het signaal door de Europese detector Virgo onopgemerkt gebleven, maar met de Amerikaanse detectie wel terug te vinden in de gegevens. Deze meting vanuit drie plaatsen leverde uiteindelijk de nauwkeurigste lokalisering op van alle zwaartekrachtgolven tot nu toe. De neutronensterren bleken zich in sterrenstelsel NGC 4993 te bevinden, op een afstand van 130 miljoen lichtjaar van de aarde. Met deze informatie konden andere telescopen goed gericht meekijken.

Verschillende telescopen blijven de nu gevonden locatie voorlopig nog volgen om zoveel mogelijk gegevens te verzamelen over de samensmelting. Wetenschappers willen de detectoren voor zwaartekrachtgolven in de VS en Europa in de komende jaren nog verder verbeteren. Er liggen dus veel nieuwe ontdekkingen in het verschiet voor het nog jonge onderzoeksgebied van zwaartekrachtgolven.

Dit artikel is verzorgd door de wetenschapsredactie van De Kennis van Nu (NTR).

NPO Radio 1 houdt je dagelijks op de hoogte over de laatste ontwikkelingen in de wetenschap

Maandag t/m vrijdag rond 16.20 uur in Nieuws en Co