7 december 2021

Sterrenkundigen willen met pulsars zwaartekrachtsgolven met lage frequentie detecteren

Credit: David Champion

De ontdekking van zwaartekrachtsgolven – zowel op indirecte wijze door Taylor en Hulse in 1974 als op directe wijze door Advanced LIGO in 2015 – heeft een ware hausse aan aandacht voor dit fenomeen veroorzaakt. Stephen Hawking spreekt al van een nieuw venster op het heelal, dat we met behulp van de zwaartekrachtsgolf-sterrenkunde krijgen. Eén van de manieren waarop we zwaartekrachtsgolven kunnen detecteren is die van het ‘Pulsar Web’ genaamd North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav). Dat netwerk van aan elkaar verbonden radiotelescopen is al in 2007 van start gegaan en doel is om met behulp van het waarnemen van milleseconde-pulsars passerende zwaartekrachtsgolven te detecteren. Het gaat daarbij om zwaartekrachtsgolven met lage frequentie, die afkomstig zijn van om elkaar draaiende superzware zwarte gaten, zwarte gaten die miljoenen of miljarden keren zo zwaar zijn als de twee stellaire zwarte gaten, die Advanced LIGO met GW150914 zag. Superzware zwarte gaten bevinden zich in de centra van sterrenstelsels en die stelsels kunnen door gravitationele interactie botsen en samengaan, hetgeen dan ook hun centrale zwarte gaten overkomt.

Impressie van een pulsar. Credit: NASA.

De pulsars die NANOGrav waarneemt zijn neutronensterren, compacte extreem dichte objecten van ongeveer een zonsmassa, die in een bol met een diameter van zo’n 20 km gepropt zitten en die bundels radiostraling uitzenden (zie afbeelding hierboven). Als zo’n bundel naar de aarde gericht is zien we de neutronenster als pulsar. Milliseconde-pulsars zijn een bijzondere klasse van pulsars, die per seconde honderden keren om hun as kunnen draaien. Sterrenkundigen gebruiken die pulsars als zeer nauwkeurige klok, de aankomsttijd van de afzonderlijke pulsen kan met een nauwkeurigheid van tien miljoenste van een seconde worden gemeten.

Met NANOGrav worden momenteel 54 pulsars in de gaten gehouden. Mocht een zwaartekrachtsgolf passeren dan oscilleert de ruimtetijd een klein beetje en dat zal effect hebben op de aankomsttijden van de pulsen van de pulsars. Bij GW150914 duurde die passage slechts 0,2 seconden en liep de frequentie op van 35 naar 250 Hz, maar in het geval van superzware zwarte gaten die om elkaar draaien en nog niet samengesmolten zijn kan die passage maanden of jaren duren en daar zou het NANOGrav netwerk meer geschikt voor zijn, dan Advanced LIGO en de toekomstige eLISA satellieten. Probleem tot nu toe: NANOGrav is een netwerk dat voornamelijk in de VS werkt – de naam zegt ’t ook al – en dat slechts een deel van de hemel bestrijkt. Daarom wil men het netwerk uit gaan breiden naar Europa en Australië om het bereik te vergroten en daarmee de kans te vergroten om zwaartekrachtsgolven met lage frequentie te detecteren. Hieronder tenslotte nog een video over NANOGrav.

Bron: NASA/JPL.

Comments

  1. Men maakt daarbij gebruik van het Shapiro delay effect.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Shapiro_delay

  2. Nico, bedankt voor de link! Het interessante is dat dit effect mogelijk kan vertellen wie er gelijk heeft, de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein of MOND van Milgrom. Want over de aankomsttijd van zwaartekrachtsgolven, neutrino’s en fotonen geven beide theorieën verschillende voorspellingen. Bij GW150914 heeft men zwaartekrachtsgolven gezien, 0,4 seconde later gevolgd door hoogenergetische fotonen (gammastraling), wel wellicht dat we binnenkort horen welke theorie het bij het juiste eind heeft. [Update 15.15 uur] Ik kwam net dit vakartikel tegen, dat gaat over de Shapiro vertraging van GW150914. Volgens de auteurs is dat inderdaad opgetreden en bedraagt de vertraging opgelopen gedurende de 1,3 miljard jaar durende ‘oversteek’ van de zwarte gaten naar de aarde 1800 dagen.
    Een ander vakartikel over GW150914 trekt overigens wel conclusies over MOND of ART: “This provides a tighter bound on screening, and further constrains alternative models to dark matter and dark energy. We are even more confident in Einstein’s general gravity, although it still remains to be quantized.

    • Jammer dat die GW zelf ook dit effect ondergaat, dan zouden de gammaflitsen ook wat voorspelbaarder worden…
      Goed leesbare artikelen, wat we dus missen is een merge van 2 neutronsterren om “alle” vragen op te lossen.

Speak Your Mind

*

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