Zo klinkt een botsing van zwarte gaten
Geen microfoon, wel twee laserarmen: zo wordt een botsing van zwarte gaten een hoorbare chirp.
Liever kijken dan lezen?
Geen microfoon, wel twee laserarmen: zo wordt een botsing van zwarte gaten een hoorbare chirp.
LIGO is een instrument waarmee wetenschappers naar zware botsingen in het heelal ‘luisteren’. Het gebruikt geen microfoon. Twee laserbundels meten of de ruimte zelf een minuscuul beetje langer en korter wordt wanneer een zwaartekrachtsgolf langs de aarde trekt.
De eerste geslaagde meting kwam in 2015. Twee zwarte gaten draaiden steeds sneller om elkaar en smolten samen. Die botsing gebeurde ongeveer 1,3 miljard jaar geleden. De rimpeling bereikte uiteindelijk de aarde en duurde in de detector maar een fractie van een seconde.
Wat is een zwaartekrachtsgolf?
Zware objecten vervormen de ruimte om zich heen. Albert Einstein beschreef dat ruim honderd jaar geleden in zijn relativiteitstheorie. Wanneer twee heel zware objecten snel om elkaar bewegen, kan die vervorming als een golf naar buiten reizen.
Een veelgebruikte vergelijking is een steen in een vijver. De kringetjes bewegen over het water terwijl de steen op één plek viel. De vergelijking is niet perfect: een zwaartekrachtsgolf beweegt niet door water, maar door de structuur van ruimte en tijd.
Hoe kan een laser zoiets meten?
Een LIGO-locatie heeft twee rechte armen van elk vier kilometer. Ze staan haaks op elkaar. Een laserbundel wordt in tweeën gedeeld. Beide helften reizen door een vacuümbuis, kaatsen op een spiegel en komen weer bij elkaar.
Normaal zijn de afstanden zo afgesteld dat de lichtgolven elkaar uitdoven. Trekt een zwaartekrachtsgolf voorbij, dan wordt de ene arm een heel klein beetje langer en de andere korter. De lichtgolven komen anders samen en de detector ziet een korte flikkering.
Waarom merken mensen die vervorming niet?
De verandering is onvoorstelbaar klein: ongeveer een tienduizendste van de doorsnede van een proton. LIGO kan dat alleen meten dankzij een krachtig vacuüm, uitzonderlijk gladde spiegels, een stabiele laser en een ophangsysteem dat trillingen van de bodem tegenhoudt.
Er staan bovendien twee LIGO-detectoren op ongeveer 3.000 kilometer afstand. Een vrachtwagen of plaatselijke aardtrilling beïnvloedt één locatie. Een echte golf uit het heelal verschijnt in beide metingen bijna tegelijk.
Waarom noemen onderzoekers het een geluid?
De detector meet een golfvorm. Onderzoekers kunnen de frequentie daarvan omzetten naar hoorbaar geluid. Bij twee zwarte gaten die steeds sneller om elkaar draaien, loopt de toon snel op. Dat korte ‘tsjirpje’ wordt een chirp genoemd.
Het geluid reist dus niet als geluid door de lege ruimte. Het is een hoorbare vertaling van meetgegevens. Vergelijk het met een hartmonitor die een elektrisch signaal omzet in piepjes: het helpt ons een patroon sneller herkennen.
Wat hebben we aan deze nieuwe manier van kijken?
Zwarte gaten geven zelf geen licht af. Hun botsingen waren daardoor lang vooral theoretisch. Zwaartekrachtsgolven vertellen hoeveel massa de objecten hadden, hoe snel ze bewogen en wat na de botsing overbleef. Bij botsende neutronensterren combineren wetenschappers dit signaal met gewone telescopen.
LIGO laat ook zien waarom digitale informatie gecontroleerd moet worden. Eén opvallend signaal is nog geen bewijs; dezelfde meting moet op een tweede locatie verschijnen en passen bij de natuurkunde. Die nuchtere houding is ook bruikbaar bij internetclaims. In nepberichten en oplichting herkennen staat hoe u controleert wie iets beweert en welk bewijs erbij hoort.
Kunnen we zwaartekracht nu ook besturen?
Nee. Het meten van zwaartekrachtsgolven betekent niet dat we zwaartekracht kunnen uitschakelen, versterken of als aandrijving gebruiken. Daar bestaat geen werkende techniek voor.
De ontdekking is al groot genoeg zonder die sprong. Mensen bouwden een instrument dat een vervorming kleiner dan een atoomkern aantoonbaar kan onderscheiden van verkeer, wind en aardtrillingen. Daardoor kunnen we gebeurtenissen waarnemen die met licht alleen vrijwel onzichtbaar blijven.