Zwaartekrachtgolven: waarom de afgelopen jaren nog maar het begin waren

Weet je nog dat er half november twee kleine botsende zwarte gaten werden gevonden met zwaartekrachtgolven? Vast niet, onze zwaartekrachtgolvennieuwsdetector registreerde het ook nauwelijks. Een gebeurtenis die vorig jaar revolutionair was, is nu al niet nieuwswaardig meer. Zo snel gingen de ontwikkelingen op het gebied van de zwaartekrachtgolven.

In de toekomst, als er meer detectoren worden gebouwd en ze ook nog gevoeliger worden, zullen er steeds meer botsingen van zwarte gaten gedetecteerd worden. Misschien wel dagelijks, zeggen sommige wetenschappers. Maar eigenlijk staat de techniek nog in de kinderschoenen. Er zijn hoge verwachtingen voor wat deze nieuwe blik op het universum ons nog allemaal gaat brengen. Daarom een klein overzicht.

Samensmeltende superzware zwarte gaten

Wat is er beter dan twee zwarte gaten zien botsen? Twee superzware zwarte gaten zien botsen natuurlijk. Een zwart gat is een ingestorte ster met zo’n sterke aantrekkingskracht dat er geen licht aan kan ontsnappen, vandaar de naam. De tot nu toe geregistreerde botsingen met zwaartekrachtgolven waren van zwarte gaten met massa’s van 7 tot 35 keer onze zon. In het centrum van sterrenstelsels, inclusief ons melkwegstelsel, komen zwarte gaten voor van miljoenen of zelfs miljarden zonnemassa’s.

De tot nu toe ontdekte samensmeltende zwarte gaten, in zonnemassa’s gemeten

Vermoed wordt dat deze zijn gevormd door het samensmelten van kleinere (maar nog steeds superzware) zwarte gaten. Ook als sterrenstelsels bij elkaar komen kunnen hun superzware zwarte gaten met elkaar versmelten. Waarnemingen hiervan kunnen nieuwe inzichten opleveren over sterrenstelsels en zwarte gaten. Alleen al de hoeveelheid samensmeltende superzware zwarte gaten, die een indicatie geeft over hoe vaak sterrenstelsels samengaan, zegt iets over hoe het universum zich ontwikkelde sinds de oerknal.

Wat gebeurde er vlak na de oerknal?

Over de oerknal gesproken, dit explosieve begin van ons universum is het door wetenschappers gedroomde slotstuk van de nieuwe wetenschap van zwaartekrachtgolven. De ontdekking van de kosmische achtergrondstraling in 1965 bracht ons al zo dicht mogelijk bij de oerknal als het registreren van licht kon: nog altijd zo’n 380.000 jaar na het prille begin van het heelal. Voor die tijd was het heelal simpelweg ondoorzichtig en kon licht nog niet rondreizen, dus is er geen nuttige informatie over de vorm van het universum in licht opgeslagen.

Zwaartekrachtgolven hebben daar geen last van, dus azen wetenschappers op de golven die bij die intense allereerste seconde van het universum zijn ontstaan. De informatie die daarin is vastgelegd moet nog steeds door het heelal gonzen, en het registreren daarvan zou wellicht het meest directe inzicht in de oerknal geven dat de mensheid ooit zal vinden. Daarvoor moeten eerst nieuwe detectoren van zwaartekrachtgolven worden ontwikkeld die veel beter zijn dan de huidige. De verwachting is dat dit nog zeer lang zal duren, wellicht nog meerdere generaties.

Betere detectoren, beter horen

Maar met welke nieuwe en betere detectoren gaan we de toekomst van zwaartekrachtgolven tegemoet?

Een bestaande detector van zwaartekrachtgolven heet de International Pulsar Timing Array (IPTA). Pulsars zijn de vuurtorens of knipperlichten van het heelal. Deze neutronensterren zenden licht uit naar een specifieke richting, maar draaien ook duizelingwekkend snel rond, soms honderden keren per seconde, waardoor ze lijken te knipperen.

IPTA bestaat uit meerdere telescopen die continu de lichtpulsjes van tientallen pulsars timen. Als er een zwaartekrachtgolf voorbij komt, zal de ruimte kortstondig uitzetten of krimpen, waardoor die pulsjes een korte afwijking zullen tonen. IPTA zoekt op lagere frequenties dan LIGO en Virgo (de detectoren die veelvuldig in het nieuws waren), en richt zich daarmee op samensmeltingen van superzware zwarte gaten. Tot nu toe heeft dat niets opgeleverd.

Zwaartekrachtgolvendetectoren in de ruimte staan momenteel op de planning van Japan en Europa. Deze bestaan uit drie identieke sondes waarin kleine metalen kubusjes zweven. Elke sonde meet de afstand tot de kubus van de andere sondes met lasers. De geplande afstand tussen de Europese sondes is 2,5 miljoen km. Bij een passerende zwaartekrachtgolf zal die afstand heel even veranderen.

De grote voordelen ten opzichte van detectoren op aarde zijn de grotere precisie door de grotere afstanden, en dat er geen omgevingstrillingen zijn die de metingen verstoren. De detectoren op aarde kunnen al verstoord worden door een verre aardbeving of een passerende trein in de wijde omgeving – daar zijn er niet zo veel van in de ruimte. Maar het duurt nog wel even voordat we de ruimtelasers in actie zien, pas rond 2030 zijn de verwachte lanceringen.

Een voorstelling van ESA van de zwaartekrachtgolvendetector in de ruimte

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