De vijfde meting van zwaartekrachtsgolven was een hoogtepunt in de experimentele fysica. Niet alleen werden voor het eerst botsende neutronensterren gemeten, ook werd tegelijkertijd licht gezien afkomstig van dezelfde gebeurtenis. Dit zijn de reacties van enkele wetenschappers die bij het onderzoek betrokken waren.
‘Opnieuw kennismaken met het universum’
Stan Bentvelsen, directeur nationaal instituut voor subatomaire fysica Nikhef
‘Het is fantastisch dat dit event is waargenomen. Het is voor het eerst dat van een gebeurtenis zowel zwaartekrachtsgolven als zichtbaar licht, infrarood licht en andere vormen van elektromagnetische straling zijn gemeten. We hebben 2000 jaar lang alleen maar fotonen (lichtdeeltjes) uit het heelal gezien. Nu we ook zwaartekrachtgolven kunnen meten, is het alsof we met een extra, nieuw zintuig dit soort gebeurtenissen kunnen observeren. Het is een hele nieuw manier van waarnemen. Alsof we opnieuw kennismaken met het universum. Dat maakt het zulk spannend onderzoek.
‘Verder heeft het twee werelden die eerst apart waren, de sterrenkunde en natuurkunde, samengebracht. Natuurkundigen leren bijvoorbeeld van dit soort waarnemingen meer over Einsteins relativiteitstheorie en kunnen zijn voorspellingen over zwaartekrachtsgolven toetsen. En sterrenkundigen zien dat hun voorspellingen kloppen: gammaflitsen blijken inderdaad afkomstig van twee botsende neutronensterren. De meting geeft bovendien meer inzicht in wat gammaflitsen zijn. Dit onderzoek heeft een geweldige toekomst.
‘En deze eerste meting van botsende neutronensterren is nog maar het begin. Er is mee aangetoond wat er allemaal mee kan. Met meer metingen kunnen we meer leren over dit soort gebeurtenissen. Deze neutronensterren stonden bijvoorbeeld heel erg dichtbij. Neutronensterren die verder weg staan, zijn nu nog lastig te meten voor de detectoren. Maar door langer en beter te meten, krijgen we meer waarnemingen waar we echt statistiek mee kunnen gaan bedrijven.
‘Bij deze ontdekking speelde de derde detector die nu meedoet, Virgo, een grote rol. Met drie detectoren wordt redelijk nauwkeurig achterhaald waar een signaal vandaag komt. En zoef, alle telescopen kunnen dan meteen kijken welke fotonen er uit die richting komen. Met de waarnemingen van zowel zwaartekrachtsgolven als licht hebben we een veel completer beeld van wat er in het universum gebeurt.’
‘Een van de gaafste ontdekkingen die ik in mijn carrière zal meemaken’
Selma de Mink, astrofysicus, Universiteit van Amsterdam
‘Het is een van de gaafste ontdekkingen die ik in mijn carrière zal meemaken. Al weet ik niet zeker of dat deze ontdekking is of de eerste meting van zwaartekrachtsgolven. Wat ontzettend bijzonder is aan de laatste detectie, is dat er ook lichtflitsen gezien zijn. Dat helpt ongelofelijk veel om meer te weten te komen over wat er gebeurd is.
‘Wat we bijvoorbeeld geleerd hebben, is dat de gammaflits een stuk zwakker was dan de flitsen die we tot nu toe zagen. Een van de dingen die onderzoekers nu gaan doen, is in oude data kijken of er nog meer zwakke gammaflitsen zijn die we over het hoofd gezien hebben. Misschien vinden we op die manier nieuwe informatie in oude data.
‘Zelf onderzoek ik de levenscyclussen van dubbelsterren. Het meest verrassende vind ik daarom dat we nu al botsende neutronensterren gezien hebben. Dat duidt er namelijk op dat dubbelstersystemen met neutronensterren minder zeldzaam zijn dan ik dacht en dat zware sterren hun leven dus veel vaker eindigen als een dubbele neutronenster.
‘Dat had ik niet verwacht, omdat de zware sterren waaruit neutronensterren ontstaan tijdens hun leven vaak zo groot zijn als de baan van de aarde om de zon. Maar neutronensterren die naar elkaar toe spiraliseren en botsen, moeten juist heel dicht bij elkaar gestaan hebben. Op een afstand die ongeveer zo groot is als de straal van de zon. Hoe kan het dat sterren die ooit zo groot waren, nu toch zo dicht bij elkaar kunnen staan? Er zijn theoretische verklaringen voor, maar zelfs onze snelste supercomputers zijn nog niet snel genoeg om dit goed te simuleren.
‘Ik vind het fascinerend om na te denken over de fysische processen die ervoor zorgen dat ze wel kunnen bestaan. Met mijn onderzoeksgroep ga ik de komende tijd kijken hoe we kunnen verklaren waarom er zoveel van dit soort systemen kunnen bestaan. Ik wil erachter komen wat we van observaties van zowel zwaartekrachtgolven als lichtflitsen kunnen leren over de levens van de zwaarste sterren.’
‘We hadden absoluut geen gammaflits verwacht’
Gijs Nelemans, hoogleraar sterrenkunde, Radboud Universiteit en KU Leuven
‘Het is gewoon geweldig. En er is eigenlijk te veel nieuws om in een keer op te noemen. Dat is echt het bijzondere aan deze ontdekking. Ik heb zelfs nog niet alle artikelen erover kunnen lezen. Er hebben zoveel onderzoeksgroepen aan gewerkt. Ik denk dat dit de boeken in gaat als een unieke gebeurtenis.
‘Zelf onderzoek ik hoe dubbelsterren ontstaan en evolueren. We kenden dubbele neutronensterren al uit ons eigen Melkwegstelsel, maar nu hebben we ze voor het eerst ook gezien in een ander sterrenstelsel. Bovendien zagen we dat er een hoop materiaal het heelal in geslingerd werd waarbij nieuwe elementen zoals goud en zilver ontstonden. Het idee dat dit gebeurde was er al, maar nu hebben we het voor het eerst voor onze ogen zien gebeuren. Het is een puzzelstukje in het hele verhaal over hoe sterrenstelsels en stelsels zoals onze zon met de planten zijn ontstaan.
‘Dat we bij de eerste botsende neutronensterren meteen een gammaflits zouden zien, hadden we absoluut niet verwacht. We dachten dat die flitsen in hele nauwe bundels uitgezonden worden, waardoor hij vanaf de meeste kanten niet te zien is. Net als een vuurtoren waarbij het licht niet ronddraait. Die kun je vanuit de meeste hoeken niet zien.
‘Dat we nu wel een flits gezien hebben, suggereert dat er veel meer botsende neutronensterren zijn waarbij we de flits ook moeten kunnen zien. Maar het kan ook dat we bij de volgende tien botsende neutronensterren alleen maar zwaartekrachtsgolven zien. Hetzelfde geldt voor het materiaal dat de ruimte in geslingerd werd. Uit onze berekeningen komt dat hierbij ongeveer 1 procent van de massa van de zon aan materiaal vrijkomt. Maar we zagen wel vier keer meer. Het kan dat het een bijzondere botsing was en dat de volgende botsingen die we zien allemaal minder helder zijn, maar het kan ook dat onze theorie over botsende neutronensterren gedeeltelijk fout is. Het kan twee kanten op. Welke kant; dat zullen volgende metingen ons vertellen.’
‘We weten nu ook dat dit een grote goudmijn is’
Ralph Wijers, hoogleraar hoge-energie astrofysica, Universiteit van Amsterdam
‘Het is natuurlijk gewoon briljant. Ik werk al meer dan 25 jaar aan gammaflitsen en daar hebben we heel lang onze tanden op stukgebeten. We weten sinds eind jaren 90 vrij zeker dat sommige van de kortere flitsen van samensmeltende neutronensterren komen. Maar ja, bewijs het maar eens. Nu hebben we voor het eerst een korte gammaflits gezien, zij het een beetje een rare, die ook zwaartekrachtgolven produceerde. Dankzij de zwaartekrachtgolven weten we zeker dat dit twee samensmeltende neutronensterren waren.
‘En we weten nu ook dat dit een grote goudmijn is. Iedereen die gouden sieraden draagt, draagt een beetje samensmeltende neutronensterren bij zich.
‘Verder is deze ontdekking voor gammaflits-onderzoekers een doorbraak, omdat we nu veel beter kunnen nagaan wat precies een gammaflits veroorzaakt. We wisten dat het materiaal dat bij een botsing van neutronensterren uitgestoten wordt en bijna met de lichtsnelheid gaat alleen maar in bepaalde richtingen beweegt – in zogenoemde jets. Alleen als een jet op ons gericht staat, zien we een heldere gammaflits. Bij de recente meting stond de jet niet op ons gericht en zagen we dus een zwakke gammaflits. Dat betekent dat de flits waarschijnlijk uit het materiaal kwam dat bolvormig in alle richtingen werd weggeslingerd.
‘Als de LIGO- en Virgo-detectoren over een jaar weer aan gaan, komen er waarschijnlijk meer van dit soort metingen. Dan kunnen we bijvoorbeeld gaan bepalen hoe breed een jet is en hoeveel energie er vrijkomt. Verder hoop ik dat we dan het samensmelten van een neutronenster en een zwart gat zien. Dat hebben we nog niet gezien, maar verwachten we wel. Het zou een leuke toevoeging zijn aan de verzameling.’
‘Een nieuwe manier om naar het universum te kijken’
Maria Bader, Phd-student instrumentatie Virgo, Nikhef
‘Het is erg bijzonder om niet alleen een zwaartekrachtsgolf te zien, maar ook de optische tegenhanger. Het maakt duidelijk dat er een nieuwe manier is om naar het universum te kijken. Het is alsof we nu niet alleen naar het heelal kijken, maar er ook naar luisteren. Dat betekent dat we meer gaan leren over het universum en hoe het ontstond.
‘Ik ben een instrumentalist, dus ik werk aan het bouwen van de detectoren. Het meest bijzondere vind ik daarom de state-of-the-arttechnologie die gebruikt wordt om de superkleine trillingen van de ruimtetijd te meten, zonder dat de detector verstoord raakt door bijvoorbeeld seismische trillingen op aarde. Om de detectoren te verbeteren moeten we telkens weer nieuwe technieken ontwikkelen. Ik vind het geweldig om hieraan te werken.
‘Samen met het bedrijf Innoseis, een spin-off van het Nikhef, heb ik gewerkt aan seismische sensoren. Deze sensoren zijn belangrijk om alle seismische trillingen in de omgeving van de detector te begrijpen. De laagfrequente trillingen kunnen de meting verstoren en ze zorgen ervoor dat er een ondergrens zit aan de frequentie van de zwaartekrachtgolven die je kan meten.
‘De seismische metingen zijn ook belangrijk voor de toekomstige Einstein Telescoop (ET). Met de huidige detectoren meten we tot een frequentie van ongeveer 10 hertz. Met de ET willen trillingen tot 1 hertz kunnen meten. Dan kunnen we namelijk een groter deel van de zwaartekrachtsgolven van de naar elkaar toe spiraliserende neutronensterren of zwarte gaten zien. Bovendien we kunnen dan verder het heelal in kijken.
‘Daarom moet de ET gebouwd worden op een plek met weinig seismische activiteit. Het zuiden van Limburg blijkt een geschikte plek. Maar het is niet de enige geschikte plek. In de komende jaren wordt de locatie van de detector bepaald. Dan weten we of Nederland de volgende generatie zwaartekrachstgolfdetector mag huisvesten.’
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: