Zeven jaar geleden rapporteerden onderzoekers met de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) de eerste detectie van zwaartekrachtgolven. Nu telt de lijst met kandidaten voor zwaartekrachtgolven bijna 100.
En astronomen zijn ervan overtuigd dat ze meer van deze rimpelingen in het weefsel van ruimtetijd kunnen vinden, veroorzaakt door de versnelling van massieve objecten – bijvoorbeeld twee zwarte gaten spiraalvormig naar elkaar toe voor een catastrofale fusie.
24 mei markeerde haar start observatieroute 4 (O4), de nieuwste poging van de LIGO-Parthenou-KAGRA Collaboration (LVK). Met hun onlangs verbeterde zwaartekrachtgolfdetectoren hopen astronomen dat O4 kan zien zwaartekracht golven – en de objecten die ze produceren – een alledaagse gebeurtenis.
Verwant: Jacht op zwaartekrachtgolven: het LIGO-laserinterferometerproject in afbeeldingen
“We verwachten te gaan van wat we hadden in onze vorige run – één neutronenster elke twee maanden een [binary] elke week of 10 dagen een zwart gat, “zei Salvatore Vitale, een astrofysicus aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), “om elke dag of twee een binair zwart gat te krijgen, om elke week een neutronenster te krijgen.”
Zwaartekrachtsgolven zijn er een bijproduct van algemene relativiteitzoals voorzien door Albert Einstein een eeuw geleden. De algemene relativiteitstheorie stelt dat ruimte en tijd als een weefsel zijn. Elk object laat een deuk achter in deze stof, die we waarnemen als zwaartekracht. In deze wereld kunnen verstoringen, zoals de botsing van twee zwarte gaten, rimpelingen door de stof sturen. Astronomen kunnen laserdetectoren gebruiken die deze rimpelingen detecteren.
Zoals de naam LVK suggereert, is de samenwerking een veelzijdige inspanning, waarbij vier detectoren op drie continenten worden gecombineerd: LIGOtwee detectoren, een in Livingston, Louisiana en een andere in Hanford, Washington. Maagd in Europa, verspreid over de Toscaanse vlakten ten zuidoosten van Pisa, Italië. En CAGRAonder de bergen van centraal Japan.
Helaas, als O4 begint, is alleen het paar van LIGO volledig operationeel. Maagd ze moeten worden gerepareerd op een beschadigde spiegel en zal gedurende een onzekere tijd uitgeschakeld blijven. KAGRA, ondertussen, zal opmerken voor slechts een maand voordat ze weer offline gaan. het heeft zijn doelgevoeligheid niet bereikt en de operators hopen het eind 2024 opnieuw op te starten.
Astronomen willen meer detectoren omdat een enkele zwaartekrachtgolfdetector geen details geeft over de richting waarin de golven bewegen. Er zijn dus meerdere detectoren nodig om de bron van de zwaartekrachtgolven echt te trianguleren. Met alle vier konden astronomen een bron op slechts een paar vierkante graden van de hemel zien. Met slechts twee sondes zitten ze opgescheept met een veel grotere wig in de lucht.
“Het wordt moeilijker voor ons om onze vrienden met telescopen te vertellen waar ze hun telescoop op moeten richten,” zei Vitale.
Maar zelfs twee sondes kunnen een schat aan wetenschap opleveren. Met verbeterde gevoeligheid kunnen detectoren zwakkere of verder weg gelegen zwaartekrachtgolven onderscheiden. Dit betekent dat wetenschappers meer gebeurtenissen kunnen volgen.
En met meer feiten hopen ze een dreigende vraag te beantwoorden: waar ontstaan de zwarte gaten die ze zien?
Misschien zijn er zwarte gaten gevormd in sterrenstelsels. misschien zijn ze buiten gevormd, in bolvormige sterrenhopen of dwergstelsels. Of misschien zijn ze primordiaal, omdat ze zich in de onbewerkte ruimte aan het begin van het universum hebben gevormd.
“Om die vraag te beantwoorden, heb je een grote dataset nodig”, zei Vitale.
De stroom van LVK programma roept op tot O4 om 18 maanden te werken, tot 2025. Daarna worden de zwaartekrachtgolfdetectoren uitgeschakeld voor upgrades en technisch werk – en herstart rond 2027 voor een vijfde, langere waarnemingsrun.
