Onderzoekers hebben maar liefst 35 signalen opgepikt, waaronder twee hele bijzondere.

De befaamde natuurkundige Albert Einstein voorspelde het bestaan van zwaartekrachtsgolven (zie kader) een slordige 100 jaar geleden al. Maar pas in 2015 werden de eerste ontdekt. In dat jaar werden zwaartekrachtsgolven gedetecteerd die het resultaat waren van twee samensmeltende zwarte gaten. Sindsdien is het hard gegaan; zo zijn er ondertussen tientallen signalen opgepikt. En daar komen er nu wéér een aantal bij. Want in een nieuwe studie kondigen onderzoekers aan dat ze maar liefst 35 nieuwe zwaartekrachtsgolven hebben gedetecteerd.

Meer over zwaartekrachtsgolven
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd die ontstaan wanneer twee zware objecten zeer dicht om elkaar heen draaien of fuseren. Einstein voorspelde het bestaan van zwaartekrachtsgolven al aan het begin van de twintigste eeuw. Maar pas in 2015 slaagden onderzoekers erin om ze daadwerkelijk te detecteren. In de loop van 2016 en 2017 wordt nog enkele malen een verstoring in het zwaartekrachtsveld gedetecteerd die het gevolg is van fuserende zwarte gaten. Eind oktober 2017 spotten onderzoekers vervolgens zwaartekrachtsgolven die ontstaan zijn door het fuseren van twee neutronensterren. En dit jaar zijn er voor het eerst ook zwaartekrachtsgolven van een botsend zwart gat én een neutronenster opgepikt.

De onderzoekers hebben de tsunami aan gedetecteerde zwaartekrachtsgolven goed onder de loep genomen. Want wat lag er precies aan deze rimpelingen in ruimtetijd ten grondslag? De onderzoekers komen tot de ontdekking dat 33 signalen waarschijnlijk voortvloeiden uit samensmeltingen van zwarte gaten in verschillende vormen en maten.


Zwaartekrachtsgolven voortgekomen uit fuserende zwarte gaten in verschillende vormen en maten.

Maar, de overige twee detecties zijn nóg een tikkie bijzonderder.

Samensmelting zwart gat en neutronenster
Volgens de onderzoekers is één van de overige twee gedetecteerde zwaartekrachtsgolven vermoedelijk voortgekomen uit een botsing tussen een zwarte gat en een neutronenster: een veel zeldzamere gebeurtenis. Het zwarte gat was behoorlijk massief (van ongeveer 33 keer de massa van onze zon) en botste mogelijk met een neutronenster met een zeer lage massa (ongeveer 1,17 keer de massa van onze zon). En dat is bijzonder. Want deze neutronenster heeft één van de laagste massa’s ooit gedetecteerd. “Ons begrip van fusies tussen objecten met een lagere massa, was vaag,” zegt onderzoeker Zoheyr Doctor. “Maar nu we harde detecties hebben, beginnen we die onderkant van het massaspectrum ook in te vullen.”

Meer over zwarte gaten en neutronensterren

Zwarte gaten en neutronensterren zijn twee van de meest extreme objecten die ooit in het heelal zijn waargenomen. Hoe ze ontstaan? Als de zwaarste sterren sterven, storten ze onder hun eigen zwaartekracht in elkaar en laten zwarte gaten achter. Wanneer sterren die iets minder zwaar zijn ter ziele gaan, exploderen ze in een supernova. Wat achterblijft zijn de dichte en dode resten van sterren die neutronensterren worden genoemd. Typische neutronensterren hebben een massa van anderhalf keer die van de zon, maar al die massa zit in een extreem dichte ster. Een theelepel neutronenster weegt ongeveer net zoveel als de hele mensheid!

In het laatste geval botste een zwart gat (met een massa van ongeveer 24 keer de massa van onze zon) met óf een heel licht zwart gat, óf een zeer zware neutronenster van ongeveer 2,8 keer de massa van onze zon. Wetenschappers vermoeden dat het hoogstwaarschijnlijk om een zwart gat gaat, maar helemaal zeker weten ze het niet.

Toenemende detecties
Met de nieuwe detecties meegerekend, hebben onderzoekers nu in totaal 90 zwaartekrachtsgolven gedetecteerd. Dat onderzoekers de laatste jaren steeds vaker op zwaartekrachtsgolven stuiten, is overigens goed te verklaren. De golven die de aarde bereiken zijn nauwelijks waarneembaar, waardoor het in het begin heel lastig was om ze aan het licht te brengen. Maar ondertussen worden de instrumenten waar wetenschappers ze mee kunnen oppikken, steeds beter. Het betekent dat wetenschappers dergelijke trillingen van het universum nu soms zelfs meerdere keren per dag detecteren.

“Naarmate ons internationale netwerk van interferometers gevoeliger wordt en langer observeert, detecteren we meer zwaartekrachtsgolven,” zegt Doctor. “Van deze zeer korte, zwakke signalen kunnen we veel leren. We beginnen zeldzamere gebeurtenissen te zien en de diversiteit van fusies tussen zwarte gaten en neutronensterren te ontsluiten. Uiteindelijk willen we weten hoe deze exotische objecten ontstaan ​​en met elkaar in botsing komen. En de nieuwe detecties zullen ons daarbij helpen.”

Diversiteit
Naarmate er meer detecties worden toegevoegd aan de catalogus van zwaartekrachtgolven, leren onderzoekers dus steeds meer over deze bijzondere kosmische verschijnselen. En dat betekent dat we eigenlijk nu pas de prachtige diversiteit van zwarte gaten en neutronensterren beginnen te zien. De nieuwe detecties bewijzen dat ze in vele maten en combinaties verkrijgbaar zijn. Door de massa’s van de samensmeltende objecten te berekenen, kunnen astrofysici vervolgens beter begrijpen hoe sterren leven en sterven én waardoor ze precies bij hun dood instorten in zwarte gaten of neutronensterren. Uiteindelijk hopen de onderzoekers te ontrafelen hoe sterren – de bouwstenen van ons universum – evolueren.

De LIGO-observatorium en zwaartekrachtsdetector Virgo ondergaan momenteel belangrijke updates. Hierdoor worden de krachtige detectoren klaargestoomd voor een nieuwe reeks zoektochten naar zwaartekrachtsgolven die naar verwachting eind 2022 start. En het belooft een enerverende jacht te worden. “Onze verbeterde detectoren zullen stillere signalen kunnen opvangen, waaronder die van zwarte gaten en neutronensterren die op nog grotere afstand en miljarden jaren geleden versmolten,” zegt onderzoeker Maya Fishbach. “Ik kan niet wachten om te ontdekken wat er nog meer allemaal is.”