Botsingen van zwarte gaten geven onderzoekers een onverwachte bonus

Wanneer twee zwarte gaten samensmelten, plant de daarbij vrijgekomen energie zich als een golfbeweging voort door het heelal. Pas na een reis van vele miljoenen lichtjaren bereikt zo’n trilling de meetinstrumenten op onze planeet. Onderzoekers zijn er nu in geslaagd om diezelfde signalen ook te gebruiken om hun apparatuur achteraf bij te stellen.

Gravitatiegolven of zwaartekrachtgolven zijn een soort rimpels in de ruimtetijd, het weefsel waaruit het heelal is opgebouwd. Albert Einstein voorspelde ze al in 1916 maar ze werden pas in 2015 voor het eerst gemeten. Deze fenomenen ontstaan enkel wanneer zeer zware objecten razendsnel bewegen, zoals wanneer zwarte gaten of neutronensterren samensmelten.

Tegen de tijd dat zo’n gravitatiegolf de aarde bereikt, is hij extreem zwak geworden. Detectoren werken door laserstralen door kilometerslange buizen te schieten. Met die stralen meten ze of de buizen worden uitgerekt of samengeknepen: als de straal net iets vroeger of later aankomt, weet je dat de buis is vervormd. De buizen moeten kilometerslang zijn omdat de gemeten vervormingen slechts een fractie van een fractie van een millimeter groot zijn. Kleinere detectoren kunnen gravitatiegolven met huidige technologie gewoon niet detecteren.

Een ongelukkig moment

Wereldwijd werken drie observatoria samen: LIGO in de Verenigde Staten, Virgo in Italië en KAGRA in Japan. Samen hebben ze inmiddels meer dan tweehonderd vergelijkbare gebeurtenissen geregistreerd. Een gemeten signaal alleen volstaat echter niet; je moet net zo goed weten hoe betrouwbaar je toestel op dat specifieke tijdstip was ingesteld. Voor die ijking gebruiken teams meestal extra lichtbronnen, een batterij sensoren en allerlei technische logboekgegevens.

Precies toen er twee enorm sterke signalen (relatief natuurlijk) binnenkwamen, genaamd GW240925 en GW250207, stond een van de LIGO-detectoren niet helemaal goed afgesteld. Vooral GW250207 was een tegenvaller, want het was het op een na luidste signaal dat ooit was opgepikt. Zoiets wil je niet missen door een meetfoutje.

Leestip: Deze zwarte gaten waren lang onvindbaar en nu weten we beter waarom

De oplossing zat in het signaal zelf

Volgens de algemene relativiteitstheorie moet een gravitatiegolf van botsende zwarte gaten een heel voorspelbaar patroon volgen. Het team vergeleek dus wat ze theoretisch hadden moeten meten met wat er daadwerkelijk uit de detectoren kwam. Het verschil tussen die twee moet wel de meetfout zijn, zo dachten de auteurs van deze studie. Zo konden ze het signaal achteraf alsnog goed analyseren.

Wat botste er nou eigenlijk?

Bij GW240925 zaten de samensmeltende objecten qua massa rond zeven en negen keer die van onze ster. Bij GW250207 ging het om veel zwaardere kandidaten van naar schatting 30 en 35 zonsmassa’s. Doordat er tegenwoordig drie meetstations beschikbaar zijn in plaats van twee, lukt het om de plek waar het signaal vandaan komt veel preciezer aan te duiden aan de hemel.

Waarom dit belangrijk is

Een klein afstelfoutje kan er al snel voor zorgen dat je de massa van zwarte gaten helemaal verkeerd inschat of dat je de locatie fout hebt. Als je ziet hoe extreem precies de instrumenten zijn, betekent dit dat een foute kalibratie eigenlijk gewoon nutteloze resultaten geeft. Of ja, gaf, want met deze nieuwe techniek moeten signalen niet meer worden afgeschreven.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: