Vier nieuwe detecties van zwaartekrachtsgolven zijn aangekondigd tijdens de Gravitational Waves Physics and Astronomy Workshop, aan de Universiteit van Maryland in de Verenigde Staten.

Dit brengt het totaal aantal detecties op 11, sinds de eerste in 2015.

Tien zijn afkomstig van het samensmelten van binaire zwarte gaten en één van het samensmelten van twee neutronensterren, die de dichte overblijfselen zijn van stellaire explosies. Een samensmelting van een zwart gat was buitengewoon ver weg, en de krachtigste explosie die ooit in de astronomie is waargenomen.

Het laatste nieuws komt slechts een maand nadat er twijfel was gerezen over de eerste detectie. Eind oktober verscheen een artikel in New Scientist, kop Exclusief:Ernstige twijfels over LIGO's ontdekking van zwaartekrachtsgolven, bracht het idee naar voren dat het 'misschien een illusie was'.

Dus hoe zeker zijn we ervan dat we zwaartekrachtsgolven detecteren, en geen illusie zien?

Open voor onderzoek

Alle goede wetenschappers begrijpen dat kritisch en scepticisme de kracht van wetenschap is. Alle theorieën en alle kennis zijn voorlopig, terwijl de wetenschap langzaam ons beste begrip van de waarheid leert kennen. Er is geen zekerheid, alleen waarschijnlijkheid en statistische significantie.

Jaren geleden, het team op zoek naar zwaartekrachtsgolven met de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), bepaalde de niveaus van statistische significantie die nodig zijn om een ​​claim van detectie te maken.

Voor elk signaal bepalen we het percentage valse alarmen. Dit vertelt je hoeveel jaar je zou moeten wachten voordat je een kans hebt dat een willekeurig signaal je echte signaal nabootst.

Het zwakste signaal dat tot nu toe is gedetecteerd, heeft een vals alarmpercentage van één per vijf jaar, dus er is nog steeds een kans dat het per ongeluk kan zijn geweest.

Andere signalen zijn veel sterker. Voor de drie sterkste signalen die tot nu toe zijn gedetecteerd, moet u wachten vanaf 1, 000 keer tot 10 miljard miljard keer de leeftijd van het universum om de signalen bij toeval te laten plaatsvinden.

Weten waar je op moet letten

De detectie van zwaartekrachtsgolven lijkt een beetje op akoestische ornithologie.

Stel je voor dat je vogels bestudeert en de populatie vogels in een bos wilt bepalen. Je kent de roep van de verschillende vogelsoorten.

Wanneer een vogeloproep overeenkomt met uw vooraf bepaalde oproep, je springt van opwinding. Zijn luidheid vertelt je hoe ver weg het is. Als het erg zwak was tegen het achtergrondgeluid, je bent misschien onzeker.

Maar je moet rekening houden met de liervogels die andere soorten nabootsen. Hoe weet je dat het geluid van een kookaburra niet echt wordt gemaakt door een liervogel? Je moet heel streng zijn voordat je kunt beweren dat er een kookaburra in het bos is. Ook dan heb je alleen zekerheid als je verdere detecties doet.

In zwaartekrachtsgolven gebruiken we opgeslagen geluiden die sjablonen worden genoemd. Er is één uniek geluid voor de samensmelting van elke mogelijke combinatie van zwarte gatmassa's en spins. Elk sjabloon is uitgewerkt met behulp van Einstein's theorie van de emissie van zwaartekrachtgolven.

In de jacht op zwaartekrachtsgolven, we zoeken naar deze zeldzame geluiden met behulp van twee LIGO-detectoren in de VS en een derde detector, Maagd, in Italië.

Om te voorkomen dat u signalen mist of valse positieven claimt, de grootst mogelijke nauwkeurigheid is nodig om de gegevens te analyseren. Grote teams bekijken de gegevens, zoeken naar gebreken, elkaar bekritiseren, computercodes beoordelen en ten slotte voorgestelde publicaties op juistheid beoordelen. Afzonderlijke teams gebruiken verschillende analysemethoden, en tot slot de resultaten vergelijken.

Vervolgens komt de reproduceerbaarheid - hetzelfde resultaat wordt keer op keer vastgelegd. Reproduceerbaarheid is een cruciaal onderdeel van de wetenschap.

De gedetecteerde signalen:

Voordat LIGO zijn eerste publieke aankondiging van zwaartekrachtsgolven deed, er waren nog twee signalen gedetecteerd, elk van hen opgepikt in twee detectoren. Dit verhoogde ons vertrouwen en vertelde ons dat er een populatie van botsende zwarte gaten daarbuiten is, niet zomaar een enkele gebeurtenis die iets onechts zou kunnen zijn.

De eerste gedetecteerde zwaartekrachtsgolf was verbazingwekkend luid en kwam overeen met een vooraf bepaald sjabloon. Het was zo goed dat LIGO wekenlang probeerde uit te vinden of het een grap was, opzettelijk geïnjecteerd door een hacker.

Terwijl LIGO-wetenschappers zichzelf er uiteindelijk van overtuigden dat het evenement echt was, verdere ontdekkingen vergrootten ons vertrouwen enorm. In augustus 2017 werd een signaal gedetecteerd door de twee LIGO-detectoren en de Virgo-detector in Italië.

Op 17 augustus vorig jaar een heel andere, maar lang voorspeld type signaal werd waargenomen van een samensmeltend paar neutronensterren, vergezeld van de voorspelde uitbarsting van gammastralen en licht.

De fusies van zwarte gaten

Nu heeft de LIGO-Virgo-samenwerking de analyse van alle gegevens sinds september 2015 voltooid.

Voor elk signaal bepalen we de massa van de twee botsende zwarte gaten, de massa van het nieuwe zwarte gat dat ze creëren, en nogal grof, de afstand en de richting.

Elk signaal is bijna gelijktijdig waargenomen in twee of drie detectoren (ze waren gescheiden door milliseconden).

Acht van de 20 aanvankelijke zwarte gaten hebben een massa tussen de 30 en 40 zonnen, zes zijn in de jaren 20, drie zijn in de tienerjaren en slechts twee zijn zo laag als 7 tot 8 zonnen. Slechts één is bijna 50, het grootste pre-collision zwarte gat ooit gezien.

Dit zijn de cijfers die ons zullen helpen uit te vinden waar al deze zwarte gaten zijn gemaakt, hoe ze zijn gemaakt, en hoeveel zijn er. Om deze grote vragen te beantwoorden hebben we veel meer signalen nodig.

De zwakste van de nieuwe signalen, GW170729, werd ontdekt op 29 juli, 2017. Het was de botsing van een zwart gat 50 keer de massa van de zon, met nog eens 34 keer de massa van de zon.

Dit was verreweg de meest verre gebeurtenis, hebben plaatsgevonden, waarschijnlijk, 5 miljard jaar geleden – voor de geboorte van de aarde en het zonnestelsel 4,6 miljard jaar geleden. Ondanks het zwakke signaal, het was de krachtigste zwaartekrachtexplosie die werd ontdekt, tot dusver.

Maar omdat het signaal zwak was, dit is de detectie met een vals alarmpercentage van één per vijf jaar.

LIGO en Maagd verbeteren hun gevoeligheid jaar na jaar, en zal nog veel meer evenementen vinden.

Met geplande nieuwe detectoren verwachten we tien keer meer gevoeligheid. Dan verwachten we ongeveer elke vijf minuten nieuwe signalen te detecteren.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.