De Italiaanse Virgo- en de Amerikaanse LIGO-detectoren hebben een signaal opgepikt van de meest massieve bron van zwaartekrachtgolven tot nu toe.

Dat twee zwarte gaten om elkaar heen kunnen cirkelen, om uiteindelijk op elkaar te botsen en samen te gaan tot één groot zwart gat, was iets wat sterrenkundigen wel verwachtten. Dit verschijnsel was echter nog nooit daadwerkelijk waargenomen – totdat op 14 september 2015 de eerste zwaartekrachtgolven (rimpelingen in de ruimtetijd) door LIGO werden gedetecteerd. Deze waren het heelal in gestuurd bij een zwarte-gaten-botsing.

Nu, vijf jaar later, hebben onderzoekers een signaal opgepikt van wat misschien wel de meest massieve samensmelting van zwarte gaten is die ooit is waargenomen in zwaartekrachtgolven. Dat maakten astronomen van het MIT, de Northwestern University en de University of Maryland vandaag bekend in twee wetenschappelijke papers.

Lees ook:

• Gravitatiegolven voor het eerst direct waargenomen
• Zes dingen die we weten dankzij de gravitatiegolfdetectie

Gigaparsecs

GW190521 werd, zoals de naam al verklapt, op 21 mei 2019 waargenomen door de Virgo- en LIGO-detectoren. Het signaal is gegenereerd door een bron op een afstand van ongeveer 5 gigaparsecs. Ter referentie: 1 gigaparsec is 30.856.775.800.000.000.000.000.000 meter. Met andere woorden, de gravitatiegolf ontstond toen het universum ongeveer half zo oud was, waardoor het tot nu toe een van de verst verwijderde bronnen van zwaartekrachtgolven is.

Maar wat veroorzaakte de gravitatiegolven? De sterrenkundigen zijn er vrijwel zeker van dat een botsing tussen twee zwarte gaten hier verantwoordelijk voor was. Zwaartekrachtgolven zijn tot nu toe vrijwel altijd het gevolg geweest van zo’n zogenoemde binaire fusie tussen of twee neutronensterren of twee zwarte gaten.

Bijzondere botsing

De botsing lijkt echter de meest massieve tot nu toe, waarbij twee zwarte gaten betrokken zijn met een massa van ongeveer 66 en 85 keer de massa van de zon. En dat is bijzonder, legt sterrenkundige Geert Raaijmakers van de Universiteit van Amsterdam uit. “Uit de eerste twee observatieperiodes van LIGO/Virgo is afgeleid dat 99 procent van de zwarte gaten in dubbelsystemen een massa hebben van minder dan 45 zonsmassa’s, dus dat we nu zo’n zwaar systeem zien, komt zelden voor.”

Maar wat deze botsing vooral zo bijzonder maakt, is dat er eigenlijk twee dingen zijn die voor het eerst zijn waargenomen, vertelt Raaijmakers. “Het eerste is dat een van de twee zwarte gaten een massa heeft die in de zogeheten pair instability mass gap ligt. Als we uitgaan van de ‘normale’ manier waarop een zwart gat ontstaat, via een zware ster die explodeert aan het einde van zijn leven, kunnen zwarte gaten met een massa van meer dan 65 zonsmassa’s zich niet vormen. Dus óf we missen iets in de theorie van hoe zware sterren overgaan in zwarte gaten óf het zwaarste zwarte gat is op een andere manier gevormd, bijvoorbeeld door een botsing van twee minder zware zwarte gaten.

Ergens ertussen

De fusie van de twee giganten creëerde een nóg zwaarder zwart gat, van ongeveer 142 zonsmassa’s – en ook dat is opmerkelijk. Raaijmakers: “Dat is het tweede ding dat deze botsing zo bijzonder maakt. Het zwarte gat dat na de botsing overbleef, heeft een massa in de intermediate black hole mass range, en dat is nog niet eerder direct waargenomen. We weten al heel lang van het bestaan van zwarte gaten met een massa van een enkele tientallen zonsmassa’s en zwarte gaten met een massa van miljoenen zonsmassa’s, zoals in het centrum van de Melkweg, maar daartussen is nooit iets gevonden.”

“Zwaartekrachtgolven worden regelmatig gedetecteerd”, besluit astronoom en Peter Shawhan (betrokken bij het onderzoek), “en sommige blijken opmerkelijke eigenschappen te hebben die onze kennis over astrofysica vergroten.”

Bronnen: Physical Review Letters, Astrophysical Journal Letters, EurekAlert! 1, 2, 3

Beeld: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!