7 december 2019

Hoe Einstein’s zwaartekrachtsgolven vanmiddag in Amsterdam landden

Het is inmiddels wereldnieuws: LIGO heeft zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten ontdekt. CNN, Reuters, NOS-Journaal, De Wereld Draait Door, Astroblogs, BBC, allen meldden vanmiddag het nieuws over deze ontdekking, waarmee opnieuw Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie werd bevestigd. Astrobloggers Paul Bakker en ik waren aanwezig bij de persbijeenkomst in het NIKHEF Instituut op het Amsterdamse Science Park, waar men een live verbinding had met de twee persconferenties die 16.30 uur gelijktijdig werden gehouden, de ene in Washington, de ander in Cascina (Pisa, Italië). Paul en ik kwamen exact 16.30 uur binnen en de grote congreshal zat barstensvol met studenten, wetenschappers, collega-journalisten en ander volk – de voorste rij die speciaal voor de pers was die was onbereikbaar voor ons. Wij togen daarom naar een zaaltje er naast, waar ook een live verbinding was met Italië. Nou ja, het woord ‘verbinding’ is wat al te stellig, want er was om de haverklap sprake van een herhaling van de livestream, waardoor we even het idee hadden dat we een unieke ‘timeloop’ meemaakten. Terug in de grote zaal sloten we achteraan om nog wat op te vangen van de presentaties aldaar en daar kregen we veel te horen over de ontdekking van GW150914, zoals de bron van de zwaartekrachtsgolven wordt genoemd.

De Advanced LIGO detector bleek de signalen al op 14 september 2015 te hebben gedetecteerd, om 09:50:45 uur UTC, kort nadat de detector was begonnen aan run 01. Niemand had verwacht zo snel al iets uit het heelal op te vangen, zeker niet omdat de Advanced LIGO nog niet eens op volle sterkte is. Toch kwam met een verschil van 10 milliseconde een signaal binnen bij de twee enorme L-vormige detectoren in Livingston, Louisiana en Hanford, Washington in de VS – het verschil komt doordat de ene detector iets dichterbij de bron staat dan de ander. De oorzaak van het signaal bleek uit dit gebied aan de hemel te komen:

Een enorm groot gebied, bij elkaar zo’n 590 vierkante graad aan de hemel. Dat gebied is veel te groot om een bepaald sterrenstelsel als bron aan te wijzen. Als na de zomervakantie de Italiaanse VIRGO detector aan de Advanced LIGO detector wordt verbonden wordt de resolutie veel groter en kunnen bronnen veel nauwkeuriger worden gedetecteerd.

De lIGO detector in Hanford. Credit: Caltech/MIT/LIGO Laboratory

Wat veel beter kon worden vastgesteld dan de locatie was de aard van de bron van de zwaartekrachtsgolven. Dat bleken twee zwarte gaten te zijn die zeer snel rond elkaar draaiden en die op een gegeven moment botsten en samensmolten. Helemaal bovenaan zie je het signaal dat door de twee detectoren werd waargenomen, daaronder een combinatie van dit signaal met de theoretische voorspelling op basis van Einstein’s relativiteitstheorie – de match is perfect! Het gaat om de botsing van twee zeer zware zwarte gaten, de ene 36 zonsmassa’s en de ander 29 zonsmassa’s zwaar. Bij de botsing en daaropvolgende samensmelting zou in enkele minuten maar liefst drie zonsmassa aan zwaartekrachtsgolven zijn weggestraald, golven met een frequentie oplopend van 35 tot 250 Hz. De massa’s kloppen precies met hetgeen ik vorige week blogde, de frequentie is iets lager.

De twee zwarte gaten draaiden met ongeveer de halve lichtsnelheid om elkaar heen en tot 0,2 seconden (!) voor de samensmelting kwam het signaal van de uitgezonden zwaartekrachtsgolven niet boven de ruis uit van de Advanced LIGO. Pas vanaf 0,2 seconden kwam het signaal boven die ruis uit en was het karakteristieke ‘chirp signaal’ te zien, een signaal dat door de computers van LIGO al drie minuten na 09:50:45 uur UTC op die historische 14e september 2015 werd opgemerkt. Toen was dus al bemerkt dat men iets opmerkelijks had gezien. Hieronder een video, waarin we het chirp signaal zien én horen.

In alle roddels afgelopen maand over de ontdekking is sprake van DRIE gebeurtenissen. Het grote nieuws over vandaag gaat over slechts één gebeurtenis, die golf die de aarde op 14 september 2015 passeerde. Zaten we er dan naast men onze voorspelling? Nee geenszins! We spraken vanmiddag een medewerker van het NIKHEF en die vertelde ons dat de gebeurtenis van die 14e september 2015 zat in de eerste ruwe dataset van 16 dagen van Advanced LIGO. Dí­e dataset is nu compleet geanalyseerd en dat heeft deze ene vondst opgeleverd. Maar de twee andere gebeurtenissen, welke ergens vóór 28 december vorig jaar moeten zijn gedetecteerd, zitten nog in de sets met ruwe data die nog niet geanalyseerd zijn. Grote kans dus dat als die data verwerkt is we opnieuw te horen krijgen dat de Advanced LIGO zwaartekrachtsgolven heeft waargenomen. 😀

Afijn, na de presentaties en het grote applaus gingen de wetenschappers en persmensen naar een ander gebouw, waar drankjes en hapjes klaar stonden om de ontdekking te vieren en om eventueel vragen te stellen. Ik zal daar nog wel later op terug komen. Ik sluit af met een video (hierboven te zien), waarin je een impressie krijgt van de twee samensmeltende zwarte gaten. Oh ja en met hét wetenschappelijke artikel over de ontdekking – Nobelprijs-proof:

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger

B.Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016

Ik moet het zelf ook nog allemaal even laten bezinken. Wordt vast en zeker vervolgd. 🙂

Comments

  1. De detector is dan goed ontworpen als ie eigenlijk al direct na ingebruikname al deze zwaartekrachtsgolven heeft gedetecteerd en dat terwijl ie nog niet op volle sterkte draait. Zijn er nog extra verwachtingen die we waar kunnen gaan nemen als de detector wel op volle sterkte draait? Of kunnen we daarmee eigenlijk gewoon nog kleinere, als in minder massa, van dit soort gebeurtenissen waar gaan nemen?
    Zouden we bijvoorbeeld ook zwaartekrachtsgolven bij de supermassieve zwarte gaten waar kunnen gaan nemen als die voldoende massa opslurpen? Of bij quasars?
    Of bij super- of hypernova’s die een zwart gat achter laten?

    En men spreekt over dat we het universum nu anders kunnen gaan bekijken, maar hoeveel anders dan precies? Ok, we weten nu zeker dat zwaartekrachtsgolven bestaan, maar zijn er dan disciplines die nu wezelijk gaan veranderen? Of die nu zeker rekeningen moeten gaan houden met zwaartekrachtsgolven?

    • Quasars, zwarte gaten, novas…die veroorzaken geen zwaartekrachtsgolven. Om die golven te veroorzaken moet een grote massa met grote snelheid door! de ruimte bewegen. Een snel roterende neutronenster (beweging in! de ruimte) zal dus geen golven maken. Maar twee die snel om elkaar draaien kunnen dat wel.

      Een hot item is dat deze golven ons misschien verder terug in de tijd kunnen laten kijken. De eerste 380.000 jaar was licht nog gevangen in een dichte mist. Pas daarna kon het vrij bewegen, en dat eerst licht is nu de CMB. Zwaartekrachtsgolven hebben geen last van die dichte mist, dus in theorie zouden er golven kunnen zijn die uit de periode 0-380.000 jaar komen….en zouden dan informatie kunnen geven over die tijd.

      Implementaties zullen gewoonlijk volgen na de eigenlijke ontdekking en ik verwacht er nog heel veel.

      • Op tweakers zie ik wel staan dat exploderende sterren zwaartekrachtgolven zouden kunnen vormen, ik neem aan dan door het implosiegedeelte naar een zwart gat.

        Het stukje ‘en nu…’ is overigens nog wel een interessant stukje om te lezen en beantwoord ook een aantal van mijn vragen.

        http://tweakers.net/reviews/4369/3/rimpels-in-de-ruimte-tijd-ze-zijn-er-en-nu.html
        “We nemen aan dat zwaartekracht door een hypothetisch deeltje wordt overgedragen, het graviton. Met onze meters kunnen we geen graviton zien, maar als de graviton een massa had gehad, hadden de golven sneller naar ons toe moeten bewegen. De massa moet kleiner zijn dan 10^-58 kg.”

        De grote vraag is nu hoeveel nieuwe zwaartekrachtsbronnen we gaan detecteren. “Met Virgo in Italië erbij, kunnen we de locatie van het gebeuren veel beter bepalen via driepuntmetingen. BlackGEM moet daarbij gaan helpen in de toekomst,” vertelt Nelemans verder.
        BlackGEM is een wereldwijd telescopen array die zoekt naar mogelijk signalen in het zichbare licht uitgezonden tijdens zo’n gebeurtenis waar zwaartekrachtsgolven mee zijn ontstaan.
        http://www.ru.nl/onderzoek/over/onderzoeksthema/sterrenkunde/sterrenkunde/blackgem-jacht/

        “Voor astronomen is het heel groot nieuws, omdat je veel meer kunt horen en zien wat je voorheen niet kon zien en dan voornamelijk heel zware, compacte objecten. Dingen die je met licht niet kon zien en met gravitatiegolven wel. Voor mij, als kosmoloog is het heel interessant dat je zwaartekracht kunt toetsen aan een omgeving waar de kromming heel erg groot is, waardoor je steeds meer kunt toetsen aan de algemene relativiteitstheorie.”

        Van der Schaar vervolgt: “Ik praat als theoretisch natuurkundige. Het gaat heel vaak over zwarte gaten, waardoor ze de grootste gravitatiegolven kunnen veroorzaken. Die zwarte gaten zijn heel interessant uit theoretische perspectief. We willen heel graag weten als theoretici wat er gebeurt als een zwart gat heel hard roteert tussen een bepaalde limiet die loopt van 0 tot 1. In die maximale limiet van 1 kan iets zitten wat kwantumzwaartekracht is. We weten alleen niet of we dat echt kunnen zien. Hoe meer je kunt leren van zwarte gaten hoe beter. Maar dat je dit met het blote oog kon zien.. dat is verbazingwekkend.”

        Wat jij noemt dat we verder naar het begin van het universum kunnen kijken wordt ook genoemd.

        En wat ook genoemd werd is de Einstein telescoop, een opvolger van ligo/virgo die bestaat uit 3 armen van 10 kilometer samen in een driehoek welke onder de grond gebouwd wordt. Mogelijk zou deze in limburg gebouwd kunnen worden.
        https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_Telescope

        Al met al krijg ik hieruit nu wel een idee watvoor gevolgen dit voor de toekomst en andere theorieën kan hebben. 🙂

        • Het kan zijn dat mijn hersenen even van slag zijn, maar dit
          ” Met onze meters kunnen we geen graviton zien, maar als de graviton een massa had gehad, hadden de golven sneller naar ons toe moeten bewegen. De massa moet kleiner zijn dan 10^-58 kg.”
          is volgens mij net andersom. Ze reizen nu met de snelheid van licht en sneller kan natuurlijk niet. Als gravitonen massa hebben, heeft dat juist een vertragende werking.

          En dit is wel goed om te lezen
          “Een zwart gat is volledig opgebouwd uit ruimte-tijd. Er zit geen atoom in een zwart gat.”
          Dat schreef ik al een aantal keren, terwijl je nog steeds her en der mensen hoort roepen dat een zwart gat materie is, samengeperst in een signularity.

          • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

            Volgens de kwantummechanica zou een zwart gat toch wel materie moeten bevatten?

          • @KJ
            Ja dat stukje leek mij ook andersom, als gravitonen zouden bestaan en massa zouden hebben zouden ze juist niet met de snelheid van het licht kunnen reizen.

            Hier zei je het nog eens https://www.astroblogs.nl/2016/02/06/zoem-zoem-11-februari-zou-de-ontdekking-van-zwaartekrachtsgolven-bekend-worden-gemaakt/ dat zwarte gaten een verstoorde ruimte-tijd bevatten. Overigens zag ik zwarte gaten ook al niet als ‘materie’ maar een vorm van energie, maar door je uitleg werd mij beeld van een zwart gat en die energie toch wel een beetje bijgesteld. 🙂

            Ik blijf dan nog wel met de gedachten zitten dat als een zwarte gat zo’n zwaartekrachtsgolf uitstoot dat het bij mij overkomt alsof het zwarte gat een stukje verstoorde ruimt-tijd terug geeft in of aan de ruimte-tijd en het bij mij de gedachte geeft alsof er een stukje ruimte-tijd bijkomt wat zich weer kan ‘ontstoren’ of ontvouwen of uitrekken en zo wellicht de uitdijing van het universum veroorzaakt.

            @Olaf
            Nee juist niet, denk nog maar eens aan de artikelen over zwarte gaten waar de informatieparadox werd besproken. De quantummechanische informatie die een deeltje een deeltje maakt blijft volgens de laatste artikelen juist achter op een schil rondom het zwarte gat.
            https://www.astroblogs.nl/2016/01/10/stephen-hawking-e-a-zwarte-gaten-hebben-zacht-haar-van-zachte-fotonen-en-gravitonen/

          • Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

            @rudiv
            Ja okee, maar dat hangt meer samen met het holografische principe.

            Ik doel eigenlijk op kwantumzwaartekracht en vooral de varianten waarin de ruimtetijd is opgebouwd uit kleine brokken die niet voorbij een bepaalde mate samengedrukt kan worden. Bij een ster is na het leven onvermijdelijk een instorting van de kern het gevolg. Bij zonachtige sterren gaat dit instorten door, totdat degeneratieve elektronendruk het instorten een halt toe roept. Bij zware sterren wordt die druk overruled en gaat het instorten door totdat degeneratieve neutronendruk het een halt toe roept. Bij sterren zwaarder als dat, zal uiteindelijk de ruimtetijd zelf een tegendruk geven VOORDAT er een singulariteit kan ontstaan! (maar alleen bij bepaalde varianten van kwantumzwaartekracht), een soort “stuiter”, waarna de instorting wordt omgekeerd (maar door de tijdsdilatie zie je dat van buitenaf niet). In dat geval zou alles wat in het zwarte gat zit, uiteindelijk weer teruggegeven aan de natuur, maar alleen als het een soort van materie bezit, zou ik denken. Bij snarentheorie bevat een zwart gat sowieso materie, de zogenaamde snarenbal.

          • Maar kwantum zwaartekracht is eigenlijk niets anders dan het Higgs veld, de Higgs boson en de (mogelijke) graviton. Er is nog geen kwantumzwaartekracht theorie, omdat er tot nu toe maar 1 van meerdere Higgs deeltjes is gevonden, en het bestaan van de graviton is nog niet bewezen. Hier kan dit jaar verandering in komen als het LHC weer van start gaat.

            En over de snarentheorie…..ik heb cursussen gedaan van Brian Greene, leonard Susskind en Edward Witten. En nog kan ik met een gerust hart stellen dat ik er de ballen van snap. Het ging trouwens hoofdzakelijk over SR en GR, strings werd zijdelings aangekaart omdat ze alledrie aanhangers zijn van de theorie. Maar wat ik wel weet is dat strings geen materie is, maar energie. Een snarenbal als kenmerk van een zwart gat in string theorie, is hetzelfde als geconcentreerde energie in de vorm van extreem verstoorde ruimte-tijd kenmerk van een zwart gat ….alleen in een iets anders jasje.

            Ps; Trouwens wat is materie? En waarom is E=MC^2? Converteren van materie in energie is een fout begrip. Materie is een van de “gezichten” van energie. Breek een atoom af, wat krijg je dan? De electronen in de atoom zijn een staande-golf (energie) die net zoals fotonen, een deeltjes “gezicht” en een golf “gezicht” kunnen laten zien. De kern bestaan uit protonen en neutronen, en die bestaan uit quarks, en dat is energie. E=MC^2 omdat energie verschillende gezichten heeft en een ervan is materie. Sterren “converteren” geen materie in energie. Tel het aantal componenten (sub-atomic particles) eens op van het fusie proces van H in He…dat zijn er evenveel. Maar het product heeft iets minder massa als de brandfstof, en dat overschot bestaat uit het uitspuwen van (o.a.) fotonen. Kijk maar eens naar het plaatje van fusie in de Zon. Het aantal deeltjes blijft hetzelfde, maar in de nieuwe configuratie is de massa iets lager. Dat verlies aan massa uit zich in het uitstoten van Gamma (fotonen), positrons en neutrinos.
            https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/78/FusionintheSun.svg/2000px-FusionintheSun.svg.png

            Ps2, over de nieuwe post van Arie, hoe het kan dat er in no-time drie zonmassa’s lijken te zijn verdwenen….dat kan omdat het niet drie zonmassa’s aan materie is, maar drie zonmassa’s aan energie in de vorm van heftig verstoorde ruimte-tijd.

          • Dus materie wordt volledig omgezet in ruimte-tijd, kan andersom ook?

          • Nee, materie is hier omgezet in golven van de ruimtetijd. Da’s net iets anders. Drie zonsmassa is omgezet in energie, die in de vorm van zwaartekrachtsgolven is gaan voortbewegen, als golven in een vijver waarin een steen is gegooid. Of het andersom ook kan, golven van ruimtetijd omzetten in energie? Ik denk het niet, zou niet weten hoe deze energie weer in massa kan worden omgezet.

          • De bigbang begon als iets wat volledig en alleen uit energie bestond. Daar is het gehele heelal en alle materie uit voortgekomen.

            Ik kan zo even geen natuurlijke processen noemen waarbij materie uit energie komt. Zelf hebben we natuurlijk nog de photon-photon collider
            http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n6/full/nphoton.2014.95.html
            http://cms.web.cern.ch/news/lhc-photon-collider
            https://en.wikipedia.org/wiki/Two-photon_physics

            Maar golven van ruimtetijd omzetten in energie? Ik ben (ook) bang van niet, maar kan er geen garantie op geven 🙂

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: