19 juni 2019

Nog even wat nabranders over GW150914

Het is vandaag ‘the day after the day before‘, de dag na de bekendmaking van de ontdekking van zwaartekrachtsgolven met de LIGO detector in de VS. In ongeveer een ziljoen mediaberichten heb ik over de ontdekking gelezen en de helft daarvan lezende heb ik enkele interessante dingetjes gezien. Daarnaast heb ik gisteren met collega-blogger Paul Bakker flink gediscussieerd over de ontdekking en dat heeft ook de nodige vragen opgeroepen. Vandaar een rijtje met wat ‘nabranders’ over GW150914, zoals de waarneming aan het samengesmolten zwart gat wordt genoemd – Gravitational Wave 150914, de datum 14 september 2015 in Engelse notatie.

  1. Laten we beginnen met jullie kennis te laten maken met @iamGW150914, bij mijn weten het eerste twitteraccount van een zwaartekrachtsgolf van een zwart gat. Hier z’n eerste tweet. 😀

    Hihihi, zag zojuist dat ik ook gevolgd wordt door @iamgw150914. 😀

  2. Dan iets serieuzer: de ontdekking roept enkele vragen op. Eentje daarvan is bijvoorbeeld hoe het kan dat twee zwarte gaten, die samen 65 zonsmassa aan massa hebben in enkele seconden tijd drie zonsmassa kunnen verliezen in de vorm van weggestraalde zwaartekrachtsgolven. Dit roept de vraag op in welke staat de massa in zwarte gaten zich bevindt. Zit dat in een singulariteit dan hebben de twee samengesmolten singulariteiten dus in één klap bijna 5% van hun massa verloren. Hoe is dat in z’n werk gegaan? Hoe kan er überhaupt massa verdwijnen uit een zwart gat en wel in zulke grote hoeveelheden? [Update 22.10 uur] Ik zag zojuist al het eerste vakartikel voorbij komen over de interne structuur van een zwart gat op basis van de ontdekking van GW150914. Mmmm, waarom doet dit mij denken aan de Diphoton diarree?

    Impressie van botsende zwarte gaten.

  3. Een andere vraag: kennelijk zijn er zwarte gaten die minstens 25 zonsmassa zwaar zijn en die ook nog eens bij elkaar in de buurt staan. Is dat volgens modellen van sterevolutie mogelijk? Zijn de afzonderlijke zwarte gaten ook het resultaat geweest van botsingen van lichtere zwarte gaten?
  4. In alle geruchten voor gisteren was sprake van drie gebeurtenissen. De ontdekking van GW150914 betreft maar één gebeurtenis, maar zoals ik gisteren uitlegde zitten er nog twee gebeurtenissen in de nog niet geanalyseerde datasets. Maar da’s niet alles: vandaag begreep ik dat er niet drie gebeurtenissen zijn waargenomen, niet vier, niet vijf, niet zes, nee maar liefst zeven gebeurtenissen! In de eerste dataset van 16 waarneemdagen, die begon op 12 september en eindigde op 20 oktober 2015, was GW150914 de meest krachtige gebeurtenis. De daaropvolgende datasets moeten nog geanalyseerd worden. U hoort nog van ons! 😀
  5. De allereerste die ontdekte dat LIGO ‘iets’ bijzonders had gezien was de Italiaanse 32 jarige student Marco Drago uit Padua, die vanaf z’n computer in het Albert Einstein Institute in Hannover (Duitsland) op afstand LIGO in de gaten hield. Hieronder zie je ‘m, de man die als eerste ter wereld een botsing van twee zwarte gaten aanschouwde.

  6. Mocht je geïnteresseerd zijn in alle gegevens van GW150914, dan is er deze speciale pagina van het LIGO Open Science Center, speciaal voor de hardcore-fetisjisten van data. Succes met data-mining!
  7. Gisteren liet ik jullie al een kaartje zien met het 590 vierkante graad grote gebied aan de hemel, waar GW150914 vandaan komt. Hieronder een iets nauwkeuriger plaatje, al blijft ‘t behelpen. Pas als VIRGO in Italië dit jaar is aangesloten bij LIGO kan men met driehoeksmeting veel nauwkeuriger plaatsbepaling doen.

  8. De plek waar GW150914 aan de hemel verscheen ligt aan de zuidelijke hemel. De gravitatiegolven drongen als eerste bij de zuidpool de aarde binnen, om 09:50:45 arriveerden ze bij de LIGO detector in Livingston, 6,9 milliseconde later arriveerden ze bij de LIGO detector in Hanford. Door dat tijdsverschil kon men ruwweg de positie aan de hemel bepalen.
  9. Door de karakteristieken van de golfpatronen te bekijken kon worden uitgesloten dat er een andere bron dan botsende zwarte gaten is geweest. Zou GW150914 bijvoorbeeld door twee botsende neutronensterren of door een botsing van een zwart gat en een neutronenster zijn ontstaan, dan zou het golfpatroon een tikkeltje anders zijn geweest – iedere soort botsing heeft z’n karakteristieke golfpatroon.

  10. De ontdekking van GW150914 heeft nog een nieuwtje opgeleverd en wel over het graviton, het hypothetische deeltje dat de drager van de zwaartekracht is. Men neemt aan dat het graviton zelf geen massa heeft, maar als dat wel zo zou zijn, dan zou het te zien zijn aan de manier waarop gravitatiegolven zich voortplanten: componenten van de golf met een kortere golflengte zouden dan sneller bewegen dan die met een langere golflengte. Doordat de zwaartekrachtsgolf anderhalf miljard jaar lang onderweg is geweest voordat hij de aarde bereikte, kunnen zelfs ontzettend kleine effecten van deze aard worden opgespoord. Op die manier kon worden afgeleid dat áls het graviton een massa heeft, deze niet groter kan zijn dan 1,2 x 10-22 eV, oftewel 10-58 kg.
  11. En ja hoor, de Algemene Relativiteitstheorie is opnieuw bevestigd met de ontdekking van GW150914. In dit vakartikel kan je er alles over lezen.
  12. Nog één video om te laten zien hoe LIGO precies de passerende zwaartekrachtsgolf heeft kunnen waarnemen. Goed kijken hoe ‘ie dit huzarenstukje heeft kunnen flikken, honderd jaar na de voorspelling door Albert Einstein van het bestaan van zwaartekrachtsgolven.

  13. De hoeveelheid energie die door GW150914 in de vorm van zwaartekrachtsgolven in korte tijd is weggestraald was enorm:

    “During the second before these giants merged, the energy released in gravitational waves from the system was 10 times greater that the energy released by all the stars in the observable universe!” Astrobites.

  14. Er zijn op het moment van de passage van de zwaartekrachtsgolf géén neutrino’s gedetecteerd door de IceCube in de Zuidpool en Antares (straks: KM3NeT) in de Middellandse Zee. Volgens dit bericht keken deze twee detectors al snel na de ‘GW Alert’ naar mogelijke doorkomst van neutrino’s, maar die werden niet gezien. Over de in aanbouw zijnde KM3NeT detector zal ik later nog wel bloggen, want Paul en ik hebben gisteren een kijkje in de keuken mogen nemen van deze Europese neutrino-detector. Wordt vervolgd!
  15. [Update 22.30 uur] Ik zie dat er inmiddels al 11 wetenschappelijke artikelen zijn gewijd aan GW150914. Een echte GW-diarree. 😀

Reacties

  1. Dick Mesland zegt

    Vraag van een leek:
    Het is spacetime dat golft. Maar met de meetmethode wordt de variatie in ruimte gemeten. Hoe zit het met die tijd?
    Als de tijd ook golft zouden de laserstralen elkaar toch nog steeds moeten uitdoven. Of staat tijd weer haaks op de golfrichting van de ruimte?

    • Ja, net als ruimte golft ook de tijd met de passage van de zwaartekrachtsgolf. Maar net zoals bij de ruimte zal het golven van de tijd leiden tot golven in het licht van de infraroodlaser, die elkaar niet uitdoven doordat de pieken en dalen precies matchen, maar die iets licht doorlaten bij de detector, zoals je in de video ziet. Wat geldt voor de ruimte geldt ook voor de tijd.

      • Dick Mesland zegt

        Ik weet niet of we elkaar begrijpen. Als de tijd net zo golft dan golft toch ook de lichtsnelheid mee, dus meet je nog steeds geen verschuiving in de fase, dus nog steeds geen signaal in de detector. Alleen als de lichtsnelheid niet zou worden beïnvloed door de golf kun je het verschil in lengte van beide bundels vaststellen.

        • Ik kan er ook niet veel van bakken, dus ik heb de vraag doorgegeven. Met de reply kan je ook weer twee kanten op, of mijn Engels is niet goed genoeg 🙂

          Dr. Frank Timmes van Arizona State University; He holds a B.S. in Physics from UC Santa Barbara, and M.S. & Ph.D. in Astronomy & Astrophysics from UC Santa Cruz.

          De reply: Gravitational waves are really just waves in the space-time metric, so if the metric includes a time component, then it will also be a wave in time as well. In reality, it would be a wave in all space-like coordinates, however many there really are, 3, 4, 11…

  2. Enceladus Enceladus zegt

    “Hihihi, zag zojuist dat ik ook gevolgd wordt door @iamgw150914.”

    Wedden dat ie je altijd inhaalt? 😉

    groet,
    Gert (Enceladus)

  3. Ik heb er een 15e nabrander aan toegevoegd. Zie zojuist dat er al 11 vakartikelen in de arXiv over GW150914 te vinden zijn.

  4. Ik kan mij toch niet aan de gedachte onttrekken dat hoe meer massa je aan de reflectiespiegels hangt, hoe groter de signaalamplitude wordt (ten koste van de hogere frequenties). Mooie samenvatting overigens Arie, ik begrijp nu dat 2 zwarte gaten geen neutrino’s en gammaflitsen produceren uit die ronddraaiende oersoep, daar heb je dus nog gewoon minimaal een schepje gewone materie bij nodig. En die data komt dus nog binnenkort…als ik het goed heb begrepen.

  5. Ik denk dat ik Dick Mesland begrijp.

    Heb je nog steeds een faseverschuiving (met het daarbij behorende interferentiepatroon), wanneer afstand én tijd beiden voor een afwijking zorgen. Met andere woorden, compenseert de afwijking in tijd, de afwijking in afstand. Of vice versa.

    Het is iig een vraag die ik niet kan beantwoorden.

    Het antwoord van Timmes zegt dat het tijd componenent zich zich ook als een golf gedraagt. De verwijzing met de getallen slaan volgens mij op 3 spatiale dimensies, 4 voor spatiaal en éen temporaal, en met 11 verwijst hij naar String theorie.

    Mies

    • Precies….ik begreep de vraag ook. Als de tijd component ook een golfbeweging laat zien, versterkt deze dan de gemeten fase verschuiving va de lasers, of verzwakt deze het? Of heeft het geen invloed? Ik kom er niet echt uit. Ik zal morgen nog een keer om een toelichting vragen op de reply

      Ik had niet aangegeven waarom de vraag bestond, dus vandaar dat zijn reply niet echt helpt. Mijn vraag aan hem was;

      “Einstein said space and time are related, or “one”, and it should be space-time. Gravitational waves are waves in space-time, but are they also waves in time? Thanks in advance.”

      • Dus zwaartekrachtgolven zouden dan vergelijkbaar kunnen zijn met EM golven, in zoverre dat daar ook sprake is van 2 componenten, de E en de H component die loodrecht op elkaar staan. Als dat zo is dan straalt (in analogie van EM) dus ieder target (massa) 50% van de ontvangen gravitatie energie weer uit, ofwel je zou gebruik kunnen maken van directoren en reflectoren a-la Yagi in de vorm van afgewogen massa´s om wat richteffect en versterking te krijgen???

        • “Dus zwaartekrachtgolven zouden dan vergelijkbaar kunnen zijn met EM golven”
          Als de graviton bestaat, dan is dat inderdaad zo. Dan is de graviton voor zwaartekracht, wat de foton voor EM is, de gluons voor de sterke nucleaire kracht en de W en Z bosons voor de zwakke nucleaire kracht.

  6. Nog even over het aspect van tijd, waarover in sommige reacties wordt gesproken. In alle berichten lees je dat de zwaartekrachtsgolven de ruimtetijd doet vervormen. En dat klopt voor beide componenten, de ruimte en de tijd. Bij de driedimensionale ruimte zet deze bij de passage van een zwaartekrachtsgolf even uit en krimpt, met de amplitude van de golf. Bij de tijd gaat deze even iets sneller en trager met dezelfde amplitude. Nee terug in de tijd gaat ‘ie niet, tijdreizen door zwaartekrachtsgolven is niet mogelijk.

  7. Gravitational Waves Discovered! Here’s What You Need To Know

  8. Je kan je ook helemaal uitleven in deze paper….GravWav’s op page 149 van de pdf;

    Lecture Notes on General Relativity
    Sean M. Carroll
    http://xxx.lanl.gov/pdf/gr-qc/9712019v1.pdf (238 pages)

    These notes represent approximately one semester’s worth of lectures
    on introductory general relativity for beginning graduate students in
    physics. Topics include manifolds, Riemannian geometry, Einstein’s
    equations, and three applications: gravitational radiation, black holes,
    and cosmology. Individual chapters, and potentially updated versions,
    can be found at http://itp.ucsb.edu/~carroll/notes/

  9. @Dick Mesland.
    Je moet ook even denken aan hoe de uitdijing van het heelal verklaart wordt door de roodverschuiving. Hier rekt de ruimte-tijd uit en verschuift het licht naar rood. Als het heelal zou samentrekken verschuift het licht naar het blauwe toe. Met deze gedachte moet je ook even kijken naar de zwaartekrachtgolf die de ruimte-tijd doet samentrekken, blauwverschuiving, en uitrekken, roodverschuiving. Je kan die beweging vergelijken met je peristaltische beweging van je darmen zoals je kan zien en zoals iemand ook zei in dit blog https://www.astroblogs.nl/2016/02/11/ligo-heeft-zwaartekrachtsgolven-van-botsende-zwarte-gaten-ontdekt/ .

    De detector bestaat uit twee 4 km lange buizen in een L-vorm. Zwaartekrachtsgolven hebben ook een frequentie, dus als een zwaartekrachtsgolf door de ruimte-tijd beweegt heb je stukken ruimte-tijd die samentrekken en andere stukken die uitrekken zoals de peristaltische beweging. Hierdoor ervaren beide buizen van de laser een verschillende verschuiving van het licht, ene is iets meer samengedrukt of uitgerekt dan de andere en hierdoor doven de twee stralen elkaar niet meer uit als ze door de buizen zijn geweest en weer bij elkaar komen in de detector en verzaakt dit een lichtpiek.

    Dat met het samentrekken of uitrekken van de ruimte-tijd niet alleen ruimte, afstand, maar ook de tijd wordt beinvloed klopt, dat is de tijdsdilatie. Maar deze tijdbeinvloeding is voor beide buizen anders door de golfbeweging, peristaltische beweging, van het samentrekken of uitrekken van de ruimte-tijd door de zwaartekrachtsgolf. Dit tijdsverschil is dan weer terug te zien in de mate van de rood- of blauwverschuiving van het laserlicht en omdat deze verschuiving van beide buizen anders is doven de twee laserstralen niet uit maar krijg je een lichtpiekje, wat dan de detectie van de zwaartekrachtsgolf weergeeft.

    • Dick Mesland zegt

      Dank rudiev.
      Dit is precies wat ik begon te vermoeden. In het simpele videootje aan het begin zien we twee golven van dezelfde golflengte. Dat beeld klopt dus niet. Wat tenslotte samenkomt van beide buizen zijn golven van verschillende golflengten. Dat verschil geeft het signaal.
      Dank ook alle anderen die zich over mijn vraag bogen.

Laat wat van je horen

*

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

%d bloggers liken dit: