Het blijft voor nu gissen wat we donderdag te horen gaan krijgen, maar de verwachtingen zijn hooggespannen!
Het is slechts een heel korte mededeling waarin de NANOGrav Collaboration (zie hieronder) mensen oproept donderdag 29 juni alvast in de agenda te omcirkelen. Op die dag belooft het samenwerkingsverband – bestaande uit een team van Europese, Japanse en Indiase onderzoekers – namelijk met een ‘grote aankondiging’ te komen. Het bericht zorgt – niet alleen onder astrofysici – voor de nodige opwinding en leidt reeds tot grootse speculatie.
Mark your calendars and get ready for a major announcement from the NANOGrav collaboration on June 29th! #nanograv
— NANOGrav PFC (@NANOGrav) June 21, 2023
Zwaartekrachtsgolven
Maar wat er precies aangekondigd wordt, weet – buiten het NANOgrav-samenwerkingsverband – nog niemand. Wat we wél weten is dat het iets te maken heeft met zwaartekrachtsgolven. Nu horen we je denken: uit die hoek hebben we de laatste tijd toch al de nodige belangrijke aankondigingen gehad. En dat klopt. Het begon in 2016 met de allereerste detectie van zwaartekrachtsgolven, oftewel rimpelingen in de ruimtetijd (zie kader) veroorzaakt door extreme gebeurtenissen, zoals fuserende zwarte gaten. En in de jaren erna werden we regelmatig verrast met nieuwe detecties van zwaartekrachtsgolven, die niet alleen door fuserende zwarte gaten, maar ook door fuserende neutronensterren en zelfs door de botsing tussen een neutronenster en zwart gat veroorzaakt werden.
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpels in de ruimtetijd. Die ruimetijd kun je je het beste voorstellen als een strak gespannen laken. Planeten en sterren liggen als knikkers op dit ‘laken’, waardoor de ruimtetijd lokaal gekromd is. Daarnaast reizen er ook golven door de ruimtetijd. Dat zijn zwaartekrachtsgolven en ze ontstaan als twee zware objecten zeer dicht om elkaar heen draaien of fuseren.
De groots aankondigde detecties die we hierboven aanhalen, waren het werk van het LIGO-Virgo-samenwerkingsverband. Maar de mededeling die ons donderdag staat te wachten, komt uit de hoek van een heel ander samenwerkingsverband: NANOGrav. Binnen dit samenwerkingsverband jaagt een internationaal team van onderzoekers (waaronder ook Nederlandse wetenschappers, onder meer van ASTRON) op een ander type zwaartekrachtsgolf, namelijk de zwaartekrachtsgolf met een lage frequentie. “Net als lichtgolven kunnen zwaartekrachtsgolven met een breed scala aan frequenties worden uitgezonden,” zo is op de site van NANOGrav te lezen. “Net zoals wij verschillende typen telescopen nodig hebben om het gehele elektromagnetische spectrum te kunnen observeren, hebben we ook verschillende soorten zwaartekrachtsgolfdetectoren nodig om het gehele spectrum aan zwaartekrachtsgolven te kunnen detecteren.”
Pulsars
Om die zwaartekrachtsgolven met een lage frequentie te kunnen detecteren, richt NANOGrav zich op pulsars. Dit zijn snel ronddraaiende neutronensterren die – terwijl ze ronddraaien – bundels radiogolven uitzenden die op aarde kunnen worden opgevangen. Die uitzendingen kun je een beetje vergelijken met het licht van een vuurtoren dat over het strand strijkt. En net zoals je dat licht van een vuurtoren – dat elke keer met dezelfde tussenpozen over het strand strijkt – kunt gebruiken om de tijd bij te houden, kun je ook pulsars als een soort ‘kosmische klokken’ inzetten. Want ook de uitbarstingen van radiogolven, zoals we die hier op aarde waarnemen, vinden elke keer met dezelfde tussenpozen plaats.
Pulsars kun je dus gebruiken als een soort klok. Maar hoe kun je ze nu gebruiken om zwaartekrachtsgolven te detecteren? Wanneer zwaartekrachtsgolven zich door de ruimtetijd verplaatsen, ontstaat zoals gezegd een rimpeling in de ruimetijd; de ruimte wordt in één richting uitgerekt en hier loodrecht op juist samengedrukt. “Rimpelingen veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven die door ons sterrenstelsel reizen, zorgen er dan ook voor dat pulsen afkomstig van pulsars iets te vroeg of iets te laat arriveren,” zo is op de site van NANOGrav te lezen. Afwijkingen in de aankomsttijd van de pulsen van pulsars kunnen dan ook hinten op het passeren van een zwaartekrachtsgolf. “Het gaat dan om zwaartekrachtsgolven met frequenties in de orde van nanohertz, wat overeenkomt met een periode van maanden tot decennia,” aldus NANOGrav. “Dit zijn veel lagere frequenties dan waar op aarde gevestigde interferometers zoals LIGO of in de ruimte gevestigde interferometers als LISA kunnen spotten.”
Nieuws
En in die zoektocht naar zwaartekrachtsgolven met een lage frequentie is er nu dus hoogstwaarschijnlijk een interessante ontdekking gedaan. Maar wat kan het zijn? Zoals gezegd wordt daarover al druk gespeculeerd. Eén mogelijkheid is dat het onderzoekers gelukt is om op de hierboven beschreven manier – dus met behulp van pulsars – zwaartekrachtsgolven met een lage frequentie te detecteren. Het zou dan kunnen gaan om zwaartekrachtsgolven van een specifieke bron, zoals bijvoorbeeld twee om elkaar heen cirkelende superzware zwarte gaten in een sterrenstelsels hier ver vandaan. Of – en dat zou ook wel heel opwindend zijn – een mix van alle zwaartekrachtsgolven die vanuit alle delen van het heelal samenkomen: de isotrope achtergrond van zwaartekrachtsgolven. Voorzichtige aanwijzingen voor het bestaan daarvan werden eerder dit jaar al door NANOGrav gevonden, dus de ontdekking van zo’n achtergrond van zwaartekrachtsgolven is zeker niet heel vergezocht. Het is ook iets waar onderzoekers al langer op uit zijn, niet in de laatste plaats omdat het meer inzicht kan geven in hoe frequent zwarte gaten (en dus de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden) samensmelten. En dat is weer waardevol als je een beter beeld wilt krijgen van de evolutie van sterrenstelsels in het algemeen. Overigens zijn er ook nog wel wildere ideeën te bedenken omtrent de aankondiging van NANOGrav. Zo zouden de onderzoekers ook aan kunnen kondigen dat ze geen laagfrequente zwaartekrachtsgolven kunnen vinden. Het is niet heel aannemelijk, maar zou wel groot nieuws zijn, omdat daarmee ook de algemene relativiteitstheorie aan het wankelen wordt gebracht.
Voor nu zit er niets anders op om rustig af te wachten tot het donderdag is. Dan moet namelijk – uit de mond van de wetenschappers achter NANOGrav – het verlossende woord klinken.
Er is overigens nog een goede reden om later deze week op het puntje van je stoel te gaan zitten. Want naast NANOGrav komt ook het IceCube Neutrino Observatory – dat op neutrino’s of ‘spookdeeltjes’ jaagt – komende donderdag met een aankondiging. In een tweet beloven de onderzoekers ons ‘opwindende resultaten’. Wetenschappers van NANOGrav hebben inmiddels bevestigd dat de aankondiging van IceCube losstaat van hun grote nieuws en dus wachten ons komende donderdag in ieder geval twee verrassingen.
