Voor de eerste keer, wetenschappers zijn getuige geweest van de catastrofale crash van twee ultradichte neutronensterren in een melkwegstelsel ver weg, en concludeerde dat dergelijke inslagen minstens de helft van het goud in het heelal hebben gesmeed.

Schokgolven en lichtflitsen van de botsing reisden zo'n 130 miljoen lichtjaar om te worden vastgelegd door aardse detectoren op 17 augustus, opgewonden teams onthulden maandag tijdens persconferenties die over de hele wereld werden gehouden, toen een dozijn gerelateerde wetenschappelijke artikelen werden gepubliceerd in wetenschappelijke toptijdschriften.

"We waren getuige van de geschiedenis die zich voor onze ogen ontvouwde:twee neutronensterren die dichterbij kwamen, dichterbij... steeds sneller om elkaar heen draaiend, dan botsen en verspreiden puin overal, " vertelde mede-ontdekker Benoit Mours van het Franse CNRS-onderzoeksinstituut aan AFP.

De baanbrekende observatie loste een aantal natuurkundige raadsels op en zorgde voor een golf van opwinding door de wetenschappelijke gemeenschap.

Meest overweldigend voor velen, de gegevens onthulden uiteindelijk waar veel van het goud, platina, uranium, kwik en andere zware elementen in het heelal vandaan kwamen.

Telescopen zagen bewijs van nieuw vervalst materiaal in de neerslag, zeiden de teams - een bron die lang werd vermoed, nu bevestigd.

"Het maakt heel duidelijk dat een aanzienlijk deel, misschien de helft, misschien meer, van de zware elementen in het heelal worden geproduceerd door dit soort botsingen, " zei natuurkundige Patrick Sutton, een lid van de in de VS gevestigde Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) die heeft bijgedragen aan de vondst.

Neutronensterren zijn de gecondenseerde, uitgebrande kernen die overblijven wanneer massieve sterren geen brandstof meer hebben, opblazen, en ga dood.

Typisch ongeveer 20 kilometer (12 mijl) in diameter, maar met meer massa dan de zon, ze zijn zeer radioactief en ultradicht - een handvol materiaal van één weegt net zoveel als de Mount Everest.

'Te mooi'

Er was een theorie dat het samensmelten van twee van dergelijke exotische lichamen rimpelingen zou veroorzaken in het weefsel van de ruimte-tijd die bekend staat als zwaartekrachtsgolven. evenals heldere flitsen van hoogenergetische straling die gammastraaluitbarstingen worden genoemd.

Op 17 augustus, detectoren waren getuige van beide fenomenen, 1,7 seconden uit elkaar, afkomstig van dezelfde plek in het sterrenbeeld Hydra.

"Het was ons binnen enkele minuten duidelijk dat we een detectie van een binaire neutronenster hadden, " zei David Schoenmaker, een ander lid van LIGO, die detectoren heeft in Livingston, Louisiana en Hanford, Washington.

"De signalen waren veel te mooi om iets anders te zijn dan dat, ', zei hij tegen AFP.

De waarneming was het resultaat van jarenlange arbeid door duizenden wetenschappers van meer dan 70 observatoria op de grond en in de ruimte op alle continenten.

Samen met LIGO, ze omvatten teams van de Europese Virgo-zwaartekrachtgolfdetector in Italië, en een aantal telescopen op de grond en in de ruimte, waaronder NASA's Hubble.

"Deze gebeurtenis markeert een keerpunt in de waarnemingsastronomie en zal leiden tot een schat aan wetenschappelijke resultaten, " zei Bangalore Sathyaprakash van de School of Physics and Astronomy van Cardiff University, herinnerend aan "de meest opwindende van mijn wetenschappelijke leven."

"Het is enorm opwindend om een ​​zeldzame gebeurtenis mee te maken die ons begrip van de werking van het heelal verandert, " voegde Frankrijk Cordova toe, directeur van de National Science Foundation die LIGO financiert.

De ontdekking is een nieuwe pluim voor de Duitse natuurkundige Albert Einstein, die meer dan 100 jaar geleden voor het eerst zwaartekrachtsgolven voorspelde.

Iets 'fundamenteels'

Drie LIGO-pioniers, Barry Barish, Kip Thorne en Rainer Weiss, kregen deze maand de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor de waarneming van zwaartekrachtsgolven, zonder welke de laatste ontdekking niet mogelijk zou zijn geweest.

De rimpelingen zijn al vier keer eerder waargenomen - de eerste keer door LIGO in september 2015. Alle vier waren afkomstig van samensmeltingen van zwarte gaten, die nog gewelddadiger zijn dan crashes van neutronensterren, maar straalt geen licht uit.

De vijfde en laatste detectie ging gepaard met een gammastraaluitbarsting die volgens wetenschappers van dichterbij in het heelal kwam en minder helder was dan verwacht.

"Wat deze gebeurtenis ons vertelt, is dat er mogelijk veel meer van deze korte gammastraaluitbarstingen in de buurt in het heelal afgaan dan we hadden verwacht, " zei Sutton - een opwindend vooruitzicht voor wetenschappers die hopen verdere geheimen van het heelal te ontdekken.

Onder andere, het is te hopen dat gegevens van botsingen met neutronensterren de definitieve berekening mogelijk maken van de snelheid waarmee de kosmos uitdijt, die ons op zijn beurt zal vertellen hoe oud het is en hoeveel materie het bevat.

"Met deze waarnemingen leren we niet alleen wat er gebeurt als neutronensterren botsen, we leren ook iets fundamenteels over de aard van het heelal, " zei Julie McEnery van het Fermi-gammastraalruimtetelescoopproject.

Neutronenster verslaat de 'ontdekking van je leven'

"Echt een eureka-moment", "Alles waar ik ooit op had gehoopt", "Een droom die uitkomt" - Normaal gesproken reikten wetenschappers maandag naar de sterren om de gevoelens te beschrijven die gepaard gaan met een "once-in-a-lifetime" evenement.

De aanleiding voor deze meteorenregen van superlatieven was de ineenstorting van twee onvoorstelbaar dichte neutronensterren 130 miljoen jaar geleden.

Bewijs van deze kosmische botsing raasde door de ruimte en bereikte de aarde op 17 augustus om precies 12:41 GMT, een geheim in gang zetten, slapeloos, wekenlange blitzkrieg van sterrenkijken en het kraken van getallen met honderden telescopen en duizenden astronomen en astrofysici over de hele wereld.

Het was alsof een slapend netwerk van superspionnen tegelijkertijd in actie kwam.

De stellaire ineenstorting maakte zich op twee manieren bekend:het creëerde rimpelingen die zwaartekrachtgolven worden genoemd in Einsteins tijd-ruimte continuüm, en verlichtte het hele elektromagnetische spectrum van licht, van gammastraling tot radiogolven.

Wetenschappers hadden vier keer eerder zwaartekrachtsgolven gedetecteerd, een prestatie die eerder deze maand werd erkend met een Nobelprijs voor natuurkunde.

Maar elk van die gebeurtenissen, ontstaan ​​door de botsing van zwarte gaten, duurde slechts een paar seconden, en bleef onzichtbaar voor telescopen op aarde en in de ruimte.

De neutronensterbotsing was anders.

Het genereerde zwaartekrachtsgolven - opgepikt door twee in de VS gevestigde observatoria, bekend als LIGO, en een andere in Italië genaamd Maagd - die maar liefst 100 seconden duurde. Minder dan twee seconden later, een NASA-satelliet registreerde een uitbarsting van gammastralen.

Een waar 'eureka'-moment

Dit veroorzaakte een waanzinnige zoektocht om te lokaliseren wat vrijwel zeker de enige bron voor beide was.

"Het is de eerste keer dat we een catastrofale astrofysische gebeurtenis hebben waargenomen in zowel zwaartekracht- als elektromagnetische golven, " zei LIGO-directeur David Reitze, een professor aan het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena

Aanvankelijke berekeningen hadden de zone verkleind tot een stukje hemel op het zuidelijk halfrond dat vijf of zes sterrenstelsels beslaat, maar gefrustreerde astronomen moesten wachten tot het donker werd om verder te zoeken.

Eindelijk, rond 2200 GMT, een telescooparray in de noordelijke woestijn van Chili heeft het genageld:de stellaire fusie had plaatsgevonden in een sterrenstelsel dat bekend staat als NGC 4993.

Stephen Smart, die de observaties leidde voor de New Technology Telescope van de European Space Observatory, was stomverbaasd toen het spectrum zijn schermen verlichtte. "Zoiets had ik nog nooit gezien, " herinnerde hij zich.

Overal stonden wetenschappers versteld.

"Dit evenement was echt een eureka-moment, " zei Bangalore Sathyaprakash, hoofd van de Gravitational Physics Group aan de Cardiff University. "De 12 uur die volgden zijn zonder twijfel de meest opwindende van mijn wetenschappelijke leven."

"Er zijn zeldzame gevallen waarin een wetenschapper de kans heeft om getuige te zijn van een nieuw tijdperk aan het begin - dit is zo'n moment, " zei Elena Pian, een astronoom aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Rome.

LIGO-aangesloten astronomen bij Caltech hadden decennia besteed aan de voorbereiding op het toeval - berekend op 80, 000-tegen-een kans om getuige te zijn van een fusie van neutronensterren.

Vertel het niet aan je vrienden

"Op die ochtend al onze dromen kwamen uit, " zei Alan Weinstein, hoofd astrofysische data-analyse voor LIGO bij Caltech.

"Deze ontdekking was alles waar ik altijd op had gehoopt, verpakt in één evenement, " voegde Francesco Pannarale toe, een astrofysicus aan de Cardiff University in Wales.

Voor deze en duizenden andere wetenschappers, GW170817 - het label van de neutronensterburst - wordt een "weet je nog waar je was?" soort moment.

"Ik zat in de stoel van mijn tandarts toen ik het sms-bericht kreeg, " zei Benoit Mours, een astrofysicus bij het Franse Nationale Centrum voor Onderzoek en de Franse coördinator voor Maagd. "Ik sprong op en rende naar mijn lab."

Patrick Sutton, hoofd van de zwaartekrachtfysica-groep in Cardiff en lid van het LIGO-team, zat vast in een langeafstandsbus, moeite om honderden e-mails te downloaden die zijn inbox verdringen.

Geruchten wervelden binnen en buiten de astronomiegemeenschap terwijl wetenschappers zich haastten om de eerste bevindingen voor te bereiden voor publicatie op maandag in een tiental artikelen verspreid over verschillende van 's werelds toonaangevende tijdschriften.

"Er zijn nogal wat pinten en glazen wijn of bubbels geweest - privé, natuurlijk, omdat we het aan niemand hebben mogen vertellen, " vertelde Sutton aan AFP.

Maar hij kon het niet laten om zijn 12-jarige zoon te vertellen:een aspirant-fysicus.

'Hij heeft echter tot geheimhouding gezworen. Hij mag het niet aan zijn vrienden vertellen.'

LIGO en Maagd:de machines die de mysteries van het universum ontsluiten

De drie machines die wetenschappers hun allereerste glimp gaven van zwaartekrachtsgolven als gevolg van een botsing van neutronensterren, zijn de meest geavanceerde detectoren die ooit zijn gebouwd voor het waarnemen van kleine trillingen in het universum.

De LIGO- en Virgo-detectoren hebben eerder het "tsjilpen" opgepikt van zwarte gaten die samensmelten in het verre universum, het uitzenden van rimpelingen in het weefsel van ruimte en tijd.

De detectie van deze zwaartekrachtsgolven voor het eerst in 2015 bevestigde de eeuwenoude algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein.

De twee in de VS gevestigde ondergrondse detectoren staan ​​bekend als de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, of kortweg LIGO.

Een daarvan bevindt zich in Hanford, Washington; de andere 1, 800 mijl (3, 000 kilometer) verderop in Livingston, Louisiana.

De bouw begon in 1999, en waarnemingen werden gedaan van 2001 tot 2007.

Daarna ondergingen ze een grote upgrade om ze 10 keer krachtiger te maken.

In september 2015 werden de geavanceerde LIGO-detectoren voor het eerst volledig operationeel.

Op 14 sept. 2015, de detector in Louisiana voor het eerst het signaal van een zwaartekrachtgolf oppikte, ontstaan ​​1,3 miljard jaar geleden aan de zuidelijke hemel.

maagd

De derde ondergrondse detector is in de buurt van Pisa, Italië, en staat bekend als Maagd.

Een kwart eeuw geleden gebouwd door een Frans-Italiaans partnerschap, de Maagd-detector beëindigde zijn eerste observatieronde in 2011 en onderging toen een upgrade.

Advanced Virgo kwam in april van dit jaar online, en deed zijn eerste waarneming van zwaartekrachtsgolven op 14 augustus, het is de vierde dergelijke gebeurtenis die wetenschappers sinds 2015 hebben waargenomen.

Maagd is minder gevoelig dan LIGO, maar het hebben van drie detectoren helpt wetenschappers om zich te concentreren op het gebied van het universum waar een kosmische gebeurtenis plaatsvindt, en meet de afstand met grotere nauwkeurigheid.

"Een kleiner zoekgebied maakt vervolgobservaties met telescopen en satellieten mogelijk voor kosmische gebeurtenissen die zwaartekrachtgolven en emissies van licht produceren, zoals de botsing van neutronensterren, " zei Laura Cadonati, professor in Georgia Tech.

Hoe ze werken

Deze enorme laserinterferometers, elk ongeveer vier kilometer lang, zijn onder de grond begraven om de meest nauwkeurige metingen mogelijk te maken.

De L-vormige instrumenten volgen zwaartekrachtsgolven met behulp van de fysica van laserlicht en ruimte.

Ze vertrouwen niet op licht in de lucht zoals een telescoop dat doet.

Liever, ze voelen de trillingen in de ruimte, een voordeel waarmee ze de eigenschappen van zwarte gaten en neutronensterren kunnen ontdekken.

"Als een zwaartekrachtgolf zich door de ruimte voortplant, rekt hij de ruimtetijd uit, " legde David Schoenmaker uit, leider van het Advanced LIGO-project aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT).

de detektor, Kortom, "is gewoon een groot apparaat om spanning in de ruimte om te zetten in een elektrisch signaal."

Een manier om je de kromming van ruimte en tijd voor te stellen, is door je een bal voor te stellen die op een trampoline valt.

De trampoline buigt eerst naar beneden, de stof verticaal uitrekken en de zijkanten inkorten.

Als de bal dan weer omhoog stuitert, de horizontale beweging van de stof zet weer uit.

Het instrument werkt als een transducer, het veranderen van die spanning in veranderingen in licht - en vervolgens in een elektronisch signaal, zodat wetenschappers het kunnen digitaliseren en analyseren.

"Het licht van de laser moet in een vacuüm reizen, zodat het niet wordt gestoord door alle luchtfluctuaties, " zei Schoenmaker, opmerkend dat LIGO het "grootste hoogvacuümsysteem ter wereld bevat, "—met een lengte van 1,2 meter (yards) bij 2,5 mijl (vier kilometer).

De detectoren bevatten twee zeer lange armen die optische instrumenten bevatten voor het buigen van licht, en zijn gepositioneerd als de letter L.

Als een arm korter wordt, en de andere verlengt, wetenschappers weten dat ze een zwaartekrachtgolf zien.

Lees verder: Wat zijn neutronensterren?

Lees verder: Zwaartekrachtgolven:waarom zoveel gedoe?

© 2017 AFP