Twee tollende zwarte gaten

Botsingen tussen zwarte gaten blijken vrij normaal. Al met Kerst zag de LIGO-detector een tweede zwaartekrachtsgolf.

Inspectie van apparatuur aan het einde van een van de vier kilometer lange detector-armen van zwaartekrachtdetector LIGO. Foto LIGO

De Amerikaanse zwaartekrachtsgolvendetector LIGO heeft op Tweede Kerstdag 2015 een tweede zwaartekrachtsgolf gedetecteerd. Dat maakten natuurkundigen van LIGO en de Europese tegenhanger VIRGO woensdag bekend.

Het is belangrijk nieuws. „Dit betekent dat botsingen tussen zwarte gaten bij ons in de buurt vaak voorkomen”, zegt Jo van den Brand. Hij is hoogleraar aan het natuurkunde-instituut Nikhef in Amsterdam, en al een decennium betrokken bij het onderzoek naar zwaartekrachtsgolven. De éérste directe detectie ooit van een zwaartkrachtsgolven was afgelopen februari wereldnieuws.

De nieuwe, tweede gedetecteerde zwaartekrachtsgolf komt van twee botsende zwarte gaten op ongeveer 1,4 miljard lichtjaar afstand, schrijven LIGO- en VIRGO-natuurkundigen woensdag in Physical Review Letters.

De zwarte gaten moeten jaren om elkaar heengetold hebben. Het ene zwarte gat was 14 keer zo zwaar als onze zon, het andere 8 keer. Steeds dichter naderden ze elkaar, en steeds sneller tolden ze om elkaar heen. Tot ze elkaar op een dag raakten en samensmolten tot een zwart gat van 21 zonsmassa's – één zonsmassa werd omgezet in energie.

Daarbij kwam in een seconde een immense hoeveelheid energie vrij in de vorm van zwaartekrachtsgolven (zie kader). 1,4 miljard jaar lang waren deze golven onderweg, tot ze op 26 december om 4:38:53 (Nederlandse tijd) werden gedetecteerd door de twee zwaartekrachtsgolvendetectoren van LIGO, in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana.

„Deze puls was minder krachtig dan de vorige, en dus was het signaal ook niet zo duidelijk”, zegt astronoom Gijs Nelemans van de Radboud Universiteit, betrokken bij de analyse van de signalen. Het vorige signaal was afkomstig van zwaardere zwarte gaten, van elk rond de 30 zonsmassa’s.

Toch blijkt de detectie boven iedere twijfel verheven: de kans dat een vergelijkbaar signaal toevallig in de ruis opduikt overschrijdt met gemak de officiële detectiegrens van 5 sigma (vijf standaardafwijkingen, ofwel een kans van 1 op 3,5 miljoen).

Bovendien is er nu méér signaal, om de theorie aan te scherpen. „Eerder hadden we een tiende seconde, nu is er ruim een seconde: de laatste 27 omwentelingen van de zwarte gaten”, zegt Van den Brand.

Minder precies is de afstand van 1,4 miljard lichtjaar, die ook best 40 procent meer of minder zou kunnen zijn. „Dat komt doordat we niet weten of we de botsing van boven of van de zijkant ‘zien’”, zegt Van den Brand.

Het signaal kwam 1,1 milliseconde eerder aan in Louisiana dan in Washington, maar uit dat verschil is de richting van het signaal slechts heel grof te bepalen. Dat zal dit najaar beter gaan als ook de Europese detector VIRGO in Italië online komt.

„Het belangrijkste is nu dat we weten dat er in het heelal een populatie van zwarte gaten is”, zegt Van den Brand. In vier maanden meten zijn er ‘tweeëneenhalve detectie’ gedaan, zegt Nelemans. Met de halve meting doelt hij op een derde kandidaatsignaal, gemeten in oktober, waarvan de significantie blijft steken op 2 sigma, niet genoeg om een detectie te claimen. „Daar kun je in geloven of niet.”

„Het is nu wel duidelijk dat we op den duur kunnen we rekenen op honderden detecties”, zegt Van den Brand. „Het interessantst zou nu een botsing zijn waar ook een neutronenster bij zit. Dan zou de botsing ook met telescopen te zien moeten zijn.”

    • Bruno van Wayenburg