30 september 2022

Zwaartekrachtgolven vervormen door zwaartekrachtlenzen en ze hebben wellicht een tweede ‘piep’

Animatie van zwaartekrachtgolven. Credit: ESA–C.Carreau

Sinds de eerste detectie van zwaartekrachtgolven in 2015 zijn deze rimpels in de ruimte een bekend fenomeen geworden. Met de LIGO- en Virgo-detectoren in de VS resp. Italië worden met regelmaat zwaartekrachtgolven gedetecteerd, die meestal veroorzaakt zijn door botsingen en samensmeltingen van twee zwarte gaten. Recent zijn twee onderzoeken verschenen, die interessant zijn om kennis van te nemen.

  • Het eerste onderzoek is van Riccardo Buscicchio et al. “Constraining the lensing of binary black holes from their stochastic background.” Physical Review Letters 125.14 (2020): 141102. Van licht weten we dat dit af kan buigen in de buurt van massa. Licht bijvoorbeeld van ver weg staande quasars buigt af én versterkt als het tussen de aarde en de cluster liggende clusters van sterrenstelsels passeert. Dat levert zwaartekrachtlenzen op. Niet alleen licht buigt af door de gekromde ruimte rondom zo’n cluster, óók zwaartekrachtgolven kunnen afbuigen. En dat is wat Riccardo Buscicchio en z’n team deden: kijken of ze in de gegevens van de tot nu toe waargenomen zwaartekrachtgolven kunnen zien of deze wellicht ook verbogen zijn door een tussenliggend sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsel. Resultaat van het onderzoek is dat ze een dergelijk effect niet hebben kunnen vinden (al dachten ze vorig jaar wel even zo’n zwaartekrachtlens van een zwaartekrachtgolf te hebben gezien).
  • Het tweede onderzoek gaat over de welbekende ‘chirp‘ (piep) van botsende zwarte gaten. Als ze de zwaartekrachtgolven omzetten in geluid is het laatste wat je hoort de hoogfrequente piep, het moment aangevend dat de twee zwarte gaten samensmelten tot één zwart gat. Onderzoek van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) laat zien dat er mogelijk niet één piep is, maar dat er nog een tweede piep volgt. Een team dat onder leiding stond van Juan Calderón Bustillo (OzGrav) heeft computersimulaties van botsingen van zwarte gaten uitgevoerd en daaruit komt naar voren dat de signalen van de zwaartekrachtgolven veel rijker en complexer zijn dan eerst werd aangenomen. Als zo’n botsing van bovenaf wordt waargenomen volgt er maar één piep, maar als we ‘m vanaf de zijkant zien (zoals in onderstaande schets) dan blijkt er een tweede piep te volgen, mogelijk zelfs meerdere piepen, die steeds zwakker worden.

    Credit: C. Evans, J. Calderón Bustillo

    Zo’n tweede piep is nog niet waargenomen met LIGO en Virgo, maar dat komt omdat de tweede piep zwakker is en het al heel lastig is de ‘hoofdpiep’ te detecteren. Verder blijkt uit de simulaties dat als de twee zwarte gaten een sterk afwijkende massa hebben het samengevoegde zwarte gat eventjes de vorm heeft van een kastanje, met een kleine uitstulping (Engels: ‘cusp’, zie afbeelding hieronder).

    De walnoot vorm van een zwart gat, dat gevormd is uit twee ongelijke zwarte gaten. Geel is het gebied met de sterkte productie van zwaartekrachtgolven. Credit: C. Evans, J. Calderón Bustillo

    Hier het vakartikel over de verschillende piepen van de zwaartekrachtgolven, verschenen in Nature.

Bron: voor het eerste bericht Universe Today en voor het tweede bericht Phys.org.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: