Zwaartekrachtsgolven werden tien jaar geleden voor het eerst gedetecteerd, en onlangs hebben wetenschappers het duidelijkste zwaartekrachtgolfsignaal tot nu toe vastgelegd, wat de beroemde voorspelling van Stephen Hawking bevestigt. Met behulp van verbeterde LIGO en andere detectoren hebben onderzoekers de botsing waargenomen van twee zwarte gaten op meer dan een miljard lichtjaar afstand. De rimpelingen in de ruimte-tijd die door deze kosmisch gewelddadige gebeurtenis werden veroorzaakt, waren zo nauwkeurig dat wetenschappers zichzelf beschreven als 'hoorden' het zwarte gat trillen als een kosmische bel.

Op 14 september 2015 bevestigden wetenschappers voor het eerst het zwakke zwaartekrachtgolfsignaal afkomstig van de samensmelting van twee zwarte gaten op 130 miljoen lichtjaar afstand. Het signaal reisde 1,3 miljard jaar door het universum voordat het de aarde bereikte. Zwaartekrachtsgolven waren een theoretische voorspelling die Einstein honderd jaar geleden naar voren bracht, maar pas op die dag registreerden mensen echte zwaartekrachtsgolven met behulp van LIGO's dubbele detectoren. In 2016 werd aangekondigd dat het de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2017 had gewonnen.

Tegenwoordig bundelen de LIGO-observatoria in Hanford en Louisiana in de Verenigde Staten hun krachten met de Italiaanse Virgo-detector en het Japanse KAGRA om het wereldwijde zwaartekrachtgolfdetectienetwerk LVK te vormen. Tot nu toe heeft het netwerk meer dan 300 samensmeltingen van zwarte gaten en neutronensterren ontdekt, en alleen al voor de observatieperiode van 2025 zijn er maar liefst 230 kandidaat-gebeurtenissen, wat een opmerkelijke prestatie is. Deze vooruitgang is allemaal te danken aan geavanceerdere kwantumprecisie-instrumenten, waardoor LIGO en Virgo ruimtelijke verstoringen kunnen detecteren die 700 biljoen keer dunner zijn dan een haar.

Het duidelijkste signaal komt dit keer van de samensmelting van zwarte gaten GW250114 op 14 januari 2025. Het is vergelijkbaar met de eerste GW150914-gebeurtenis. Beide zwarte gaten hebben een massa van 30 tot 40 maal die van de zon en bevinden zich op een afstand van ongeveer 1,3 miljard lichtjaar van de aarde. Na tien jaar technologische vooruitgang verschijnt het GW250114-signaal echter bijzonder duidelijk nadat de instrumentruis aanzienlijk is verminderd.

Dit signaal levert het beste observationele bewijs tot nu toe voor het testen van de ‘zwart gat gebiedsstelling’ voorgesteld door Hawking in 1971. Deze stelling stelt dat de totale oppervlakte van een zwart gat nooit afneemt. Nadat twee zwarte gaten zijn samengesmolten, zou de oppervlakte moeten toenemen, zij het enigszins als gevolg van het verlies van energie in de vorm van zwaartekrachtgolven, maar de totale oppervlakte moet groeien. Uit deze studie bleek dat de totale oppervlakte van het zwarte gat aanvankelijk ongeveer 240.000 vierkante kilometer bedroeg, wat na de fusie toenam tot ongeveer 400.000 vierkante kilometer, wat de theorie van Hawking duidelijk bevestigde.

Wanneer het fusieproces de zogenaamde ‘nagalmfase’ ingaat, trilt het nieuwe zwarte gat als een bel die wordt geslagen. Voor het eerst hebben onderzoekers dit stadium duidelijk gemeten. Door verschillende frequentiepatronen van zwaartekrachtgolven te analyseren, kunnen ze nauwkeurig de uiteindelijke massa en spin van het zwarte gat berekenen, en zo de oppervlakteverandering berekenen. Verdere analyse leverde ook een uiterst rigoureuze test op van het algemene relativiteitsmodel.

Het LVK-netwerk heeft de afgelopen tien jaar ook talloze kosmische fusiegebeurtenissen ontdekt, waaronder botsingen tussen neutronensterren (zoals de beroemde gouduitbarsting in 2017), de eerste botsing tussen zwart gat en neutronenster, asymmetrische massafusies en de meest massieve botsing tussen zwarte gaten die ooit is ontdekt, enz., waardoor de grenzen van het menselijk begrip van het universum voortdurend worden verlegd.

In de toekomst hopen wetenschappers de nieuwe generatie Europese ‘Einstein Telescope’ en de Amerikaanse ‘Cosmic Explorer’ en andere grootschalige detectoren te gebruiken om de ‘echo’s’ van de mensheid op het samensmelten van zwarte gaten in het vroege universum en zelfs de oorsprong van het universum verder in de diepten van ruimte en tijd te duwen.

"Vandaag is het gouden tijdperk van onderzoek naar zwaartekrachtgolven, en mondiale samenwerking heeft ons in staat gesteld de mysteries van het donkere universum te onderzoeken." Professor Massimo Carpinelli, hoofd van het European Gravitational Observatory, zei: "Nieuwe, grotere detectoren zijn al in voorbereiding en we hebben er vertrouwen in dat we de uitdagingen van de toekomst het hoofd kunnen bieden."

Samengesteld uit /ScitechDaily