Zwaartekrachtgolven zijn rimpelingen in de kromming van de ruimtetijd die zich door de ruimte voortplanten.
Het zijn transversale golven die met de snelheid van het licht reizen en worden uitgezonden door gewelddadige botsingen die in het heelal plaatsvinden.
In de praktijk is het buitengewoon moeilijk om de aanwezigheid van zwaartekrachtsgolven direct te detecteren, omdat de rek en compressie van ruimtetijd erg klein is.
De oorspronkelijke zwaartekrachtsgolven zijn de golven die hebben geleid tot het ontstaan van het heelal, zoals uitgelegd in de oerknaltheorie.
Fusie van twee zwarte gaten en voortplanting van zwaartekrachtsgolven
Zwaartekrachtgolven en Einstein
Was Albert Einstein (1879-1955) die het bestaan van zwaartekrachtsgolven suggereerde in de algemene relativiteitstheorie.
In 1915 had Einstein geconcludeerd dat de zwaartekracht het was een vervorming van de ruimtetijd.
De natuurkundige ontwikkelde de theoretische basis, maar kon het bestaan van zwaartekrachtsgolven niet bewijzen. Slechts 100 jaar later vierde de wetenschappelijke gemeenschap het vangen van golven.
Nobelprijs voor Natuurkunde 2017
Op 3 oktober 2017 kregen onderzoekers Rainer Weiss (MIT), Barry Barish en Kip Thorne (Caltech) de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Ze ontdekten voor het eerst zwaartekrachtsgolven in september 2015.
Het was de erkenning van een werk dat eind jaren zestig begon.
Wetenschappers geloven dat het vastleggen van zwaartekrachtsgolven ons in staat zal stellen het universum op een nieuwe manier te observeren, waardoor we een breder begrip van de wereld om ons heen krijgen.
Rainer Weiss, Kip Thorne en Barry Barish, Nobelprijswinnaars voor Natuurkunde 2017
Golfdetectie in 2015
Zwaartekrachtgolven werden voor het eerst gedetecteerd in de Verenigde Staten op 14 september 2015 om precies 06:50:45 (Brasilia-tijd).
Hoe is het gebeurd?
Ze kwamen voort uit de schok van zwarte gaten met 36 en 29 zonsmassa's (respectievelijk 36 Msol en 29 Msol) en vond plaats op een afstand van 1,3 miljard lichtjaar.
Naarmate ze energie verliezen, komen zwarte gaten dichterbij, waardoor ze sneller ronddraaien.
Deze continue beweging, om elkaar heen, zorgt ervoor dat ze botsen, wat resulteert in zwaartekrachtsgolven.
De aankondiging van golfdetectie werd slechts enkele maanden later, in februari 2016 gedaan door David Reitze, projectdirecteur.
Datzelfde jaar, in juni 2016, werden opnieuw zwaartekrachtsgolven gedetecteerd.
Deze keer waren de zwarte gaten respectievelijk 14 en 8 keer de massa van de zon (14 Msol en 8 Msol) en kwamen ze voor op een afstand van 1,4 miljard lichtjaren.
Luister hier naar het geluid van zwaartekrachtgolven:
LIGO - Observatorium voor zwaartekrachtgolven
Het bewijs werd mogelijk gemaakt dankzij het Ligo-detectorproject - Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (Observatorium van zwaartekrachtgolven door laserinterferometrie).
In het project werden twee interferometers gebouwd in de Verenigde Staten, ongeveer 3000 kilometer van elkaar: een in Livingston, Louisiana, en de andere in Hanford, Washington.
Het systeem wordt gevormd door twee loodrecht op elkaar staande armen van 4 kilometer lang. Het heeft ook apparaten die ruis van verschillende golfbronnen, zoals aardbevingen, elimineren.
De interferometer bestaat uit een lichtbron (laser), een spiegel aan het uiteinde van elke arm, een spiegel die de lichtstraal in tweeën splitst en een fotodetector.
De werking van LIGO gaat terug tot 2002. Tussen 2010 en 2015 werd de werking ervan onderbroken voor een updateproces, dat lijkt te hebben gewerkt, aangezien de grote wetenschappelijke prestatie dat jaar plaatsvond.
LIGO - Detector in Livingston, Louisiana
Detectoren over de hele wereld
Naast de bestaande detectoren in de Verenigde Staten zijn er nog een tiental verspreid over 9 landen.
In Brazilië hebben we de Mário Schenberg Gravitational Wave Detector van het USP Physics Institute. Het begin van de bouw dateert uit het jaar 2000 en is het resultaat van een project genaamd zwaartekracht.
Het project heeft onderzoekers van INPE (National Institute for Space Research), van Cefetsp (Federal Center for Technologische opleiding van São Paulo), van ITA (Technologisch Instituut voor Luchtvaart) en Uniban (Universiteit Bandeirante).
Tijdreizen
Het bewijs van golven was zonder twijfel een uniek moment voor wetenschappers van deze eeuw. Dit opende de weg voor nieuwe studies van de zwaartekrachtastronomie.
Misschien kan dit bewijs een tijdreis mogelijk maken, zoals in de film "Terug naar de toekomst".
Lees ook:
- Relativiteitstheorie
- Oerknaltheorie
- golven
