Klaar voor de ruis van de zwaartekracht

Het gebeurt niet vaak dat Nature ruimte vrijmaakt om metingen te presenteren aan achtergrondruis, maar voor zwaartekrachtgolven maakt men graag een uitzondering. Twee grote onderzoeksgroepen, verbonden aan het Amerikaanse LIGO- en het Europese VIRGO-experiment, hebben de afgelopen twee jaar weliswaar geen signalen van botsende zwarte gaten of neutronensterren waargenomen, maar ze laten wel zien dat hun instrumenten daar klaar voor zijn. Daarmee is een uniek venster geopend op het universum en met name op de zwaarste bewoners ervan, zwarte gaten (Nature, 20 augustus).

Volgens de relativiteitstheorie van Einstein zenden zware, snel bewegende massa’s golven uit, die zich met de lichtsnelheid door de ruimte voortbewegen. Het effect van deze minuscule rimpelingen in de ruimte werd voor het eerst in 1974 vastgesteld in metingen aan een binaire pulsar, twee om elkaar heen tollende neutronensterren.

Om zwaartekrachtgolven direct te kunnen waarnemen zijn in de afgelopen jaren grote en zeer kostbare opstellingen gebouwd, waarin laserbundels over afstanden van enkele kilometers tussen spiegels heen en weer kaatsen. Een passerende zwaartekrachtgolf brengt de spiegels in beweging, waardoor de afstand ertussen een heel klein beetje verandert, een fractie van de afmetingen van een atoomkern. Zelfs zulke kleine schommelingen leiden echter tot een meetbare intensiteitsverandering in het laserlicht.

De twee onderzoeksgroepen presenteren nu metingen aan zwaartekrachtgolven die uit alle richtingen uit het heelal op ons af komen. Ze zijn het gevolg van gebeurtenissen in de eerste seconden na de oerknal. Alles wat we daar tot nu toe over wisten was indirect afkomstig van meer traditionele astronomische waarnemingen aan elektromagnetische straling. Die kon echter pas 380.000 jaar na de oerknal ontsnappen, en geeft dus een veel later beeld dan de zwaartekrachtgolven die zich vanaf het allereerste begin al vrijelijk konden bewegen.

De metingen laten zien hoeveel energie de zwaartekrachtgolven in die eerste ogenblikken droegen en stemmen overeen met theoretische voorspellingen. Belangrijker is dat de ervaring met de detectoren zal leiden tot verbeterde versies, die in 2014 operationeel moeten worden.