20 januari 2021

Voor het eerst zijn veelzeggende boventonen gezien in zwaartekrachtsgolven

De meting van zwaartekrachtgolf GW190412. Credit: LIGO/Virgo Collaboration

De zwaartekrachtsgolf GW190412 die de Virgo en twee LIGO-detectoren op 12 april 2019 waarnamen was afkomstig van een botsing tussen twee zeer verschillende zwarte gaten. Dat blijkt uit boventonen in het signaal, die vorig jaar voor het eerst zijn gemeten. Het massaverschil tussen de botsende zwarte gaten is volgens een vandaag gepubliceerde analyse van het signaal ongeveer een factor 3,6. Dat is een primeur. De meeste waargenomen zwaartekrachtsgolven komen van botsende zwarte gaten die ongeveer even zwaar zijn

Bij botsende zwarte gaten wordt Einsteins ruimtetijd bij de versmelting zo sterk vervormd en op geschud, dat de verstoringen als rimpels in een vijver uitspreiden door het omliggende heelal. In 2015 werd zo’n zwaartekrachtsgolf voor het eerst waargenomen op aarde. Nikhef is vanuit Nederland nauw betrokken bij de constructie en metingen met de Virgo-detector bij Pisa in Italië.

De meting van 12 april 2019 werd een paar weken na het begin van de derde meetperiode O3 van Virgo en LIGO gedaan en kan de ideeën over het ontstaan en bestaan van zwarte gaten in het heelal veranderen. ‘We leren nu dat dit soort dubbelsystemen bestaan en hoe zeldzaam ze eigenlijk zijn, en hoe zulke systemen kunnen zijn ontstaan’, zegt Giancarlo Cella, coördinator van de data-analyses bij Virgo.

Het gebied aan de hemel waar de zwaartekrachtgolf GW190412 vandaan kwam. Credit: LIGO/Virgo Collaboration.

Meetperiode O3 is sinds een week geëindigd na bijna een jaar meten vanaf 1 april 2019. Reden voor de sluiting is de coronacrisis. In die tijd werden ongeveer 60 nieuwe zwaartekrachtsgolven gemeten. Analyses van de bronnen zijn in volle gang.

Uit de nu gepubliceerde analyse blijkt dat het zwaarste zwarte gat van de twee 30,1 keer zo zwaar moet zijn geweest als de zon. Het andere zwarte gat was dan 8,3 zonsmassa’s zwaar (en één zonsmassa werd in de vorm van zwaartekrachtgolven uitgezonden). Hun versmelting leidde tot een golfpatroon met veel meer hoge tonen dan normaal. Einsteins gravitatietheorie voorspelt dat ook.

‘Het is voor het eerst dat we de boventonen in een zwaartekrachtsgolf zo goed zien. Dat biedt ons de kans om een belangrijke voorspelling in Einsteins theorie voor botsende zwarte gaten te testen’, zegt post-doc Anuradha Samajdar van Nikhef en lid van de Virgo-collaboratie. Uit de specifieke golfvormen is ook af te leiden hoe schuin de observatoria vanaf de aarde tegen het vlak aankeken waarin de zwarte gaten om elkaar heen draaiden voor ze elkaar opslokten.

De zwaartekrachtsgolf van 12 april 2019 werd om 07:30 uur waargenomen door de drie observatoria van LIGO/Virgo. De bron ervan stond op ongeveer 2,3 miljard lichtjaar (730 Mpc) afstand van de aarde, blijkt nu ook uit de berekeningen aan het signaal.

Die afstandsmeting is hier scherper dan bij de meeste botsingen van zwarte gaten. Normaal maakt de onzekere hellingshoek van de botsing veel uit voor de schatting van de afstand. In dit geval helpen de boventonen om die twee invloeden te ontrafelen. Bron: Nikhef + Francis Naukas.

Comments

  1. Is dit de eerste keer dat er nadat de merging van twee BHs plaats vind z.g. boventonen waargenomen zijn?
    Tevens valt op dat het massaveschil erg groot is vergeleken met vorige BH mergers.
    Zou het kunnen zijn dat de boventonen een bewijs zijn dat die twee BHs echt in elkaar overgaan, maar dat betekent wellicht ook dat de vorige BHs ( dus de neutron stars) wellicht Herbig Haro systemsen waren.
    Neutronen stars moeten dan altijd boventonen laten zien omdat ze elkaar opeten en dus natrillen.
    Dat deden vorige BHs niet .
    MAW vandaar de suggestie dat ze elkaar niet opeten maar uit elkaar snellen en een Herbig Haro systeem worden met stervorming ertussen in.

  2. In het verleden zijn bij netronensterren GEEN en by zwarte gaten met vergelijkbare masa WEL boventonen gevonden.
    Als boventonen een bewijs is voor het samengaan van twee massas, dan zijn de vergelijkbare zwarte gaten altijd het begin van een nieuwe ster geweest.( of wel Herbig Haro systeem)

  3. In het verleden zijn bij netronensterren WEL en by zwarte gaten met vergelijkbare massa GEEN boventonen gevonden.
    Als boventonen een bewijs is voor het samengaan van twee massas, dan zijn de vergelijkbare zwarte gaten zonder boventonen altijd het begin van een nieuwe ster geweest.( of wel Herbig Haro systeem)

  4. leo vuyk zegt

    Sorry Arie, maar ik zie slecht en de letters zijn zo klein.

  5. Mijn gevoel zegt me dat bij zulke massaverschillen de baseline ook stevig moet variëren en je dus een a-symmetrische sinus krijgt die zowel in amplitude als in fase varieert indien je als observator recht op het baanvlak kijkt. Hier gebruiken ze een fit op de ruis met een voorspelde template waar ze ook hun allert op binnen krijgen en de baseline maar rechtgetrokken. Ik snap niet hoe je uit een paar seconden ruis met zoveel zekerheid zoveel data kan produceren, met de boodschap dat het klopt met de voorspellingen van Einstein. Makkelijk scoren zo. Ik ben altijd wat sceptisch op de late avond… totdat het tegendeel bewezen is 🙂

  6. Overigens verstaat met onder boventonen de even en oneven harmonischen die op het zelfde tijdstip als de grondtoon worden geproduceerd en niet voorafgaand hieraan zoals de spectrogrammen laten zien. Men neme een sonogram van een vleermuis als voorbeeld … https://www.deopenbareruimte.nu/wp-content/uploads/2014/04/Sonogram-rosse-vleermuis.png dus ik volg het niet helemaal zo, maar dat ligt vast aan mij.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: