Wetenschap
Zwaartekrachtlenzen kunnen samensmeltingen van zwarte gaten met ongekende nauwkeurigheid vaststellen
Zwaartekrachtgolfastronomie is een van de populairste nieuwe vormen van astronomie sinds het LIGO-consortium in 2016 officieel de eerste zwaartekrachtgolf (GW) ontdekte. Astronomen waren enthousiast over het aantal nieuwe vragen dat beantwoord kon worden met behulp van deze detectietechniek. nooit eerder aan gedacht.
Maar veel van de nuance van de GW's die LIGO en andere detectoren hebben gevonden in de 90 zwaartekrachtgolfkandidaten die ze sinds 2016 hebben gevonden, is verloren gegaan.
Onderzoekers kunnen moeilijk bepalen uit welk sterrenstelsel een zwaartekrachtgolf komt. Maar nu heeft een nieuw artikel van onderzoekers uit Nederland een strategie en een aantal simulaties ontwikkeld die de zoektocht naar de geboorteplaats van GW's kunnen helpen beperken. Om dit te doen, gebruiken ze een andere lieveling van astronomen overal ter wereld:zwaartekrachtlenzen.
Belangrijk is dat wordt aangenomen dat GW's worden veroorzaakt door het samenvoegen van zwarte gaten. Deze catastrofale gebeurtenissen vervormen letterlijk de ruimte-tijd tot het punt waarop hun samensmelting rimpelingen in de zwaartekracht zelf veroorzaakt. Deze signalen zijn echter buitengewoon zwak wanneer ze ons bereiken, en ze komen vaak van miljarden lichtjaren verwijderd.
Detectoren zoals LIGO zijn expliciet ontworpen om naar die signalen te zoeken, maar het is nog steeds moeilijk om een sterke signaal-ruisverhouding te verkrijgen. Daarom zijn ze ook niet bijzonder goed in het aangeven waar een bepaald GW-signaal vandaan komt. Over het algemeen kunnen ze zeggen:"Het kwam van dat stukje hemel daarginds", maar aangezien "dat stukje hemel" miljarden sterrenstelsels zou kunnen bevatten, helpt dat niet veel om het te beperken.
Maar astronomen verliezen veel context over wat een GW hen kan vertellen over zijn oorspronkelijke sterrenstelsel als ze niet weten uit welk sterrenstelsel het komt. Dat is waar zwaartekrachtlenzen een rol spelen.
Zwaartekrachtlenzen zijn een fysisch fenomeen waarbij het signaal (in de meeste gevallen licht) afkomstig van een heel ver weg object wordt vervormd door de massa van een object dat zich tussen het verdere object en ons hier op aarde bevindt. Zij zijn verantwoordelijk voor het creëren van 'Einstein-ringen', enkele van de meest spectaculaire astronomische beelden.
Licht is echter niet het enige dat door massa kan worden beïnvloed; zwaartekrachtgolven kunnen dat ook doen. Daarom is het op zijn minst mogelijk dat zwaartekrachtgolven zelf kunnen worden vervormd door de massa van een object tussen de zwaartekracht en de aarde. Als astronomen deze kromming kunnen detecteren, kunnen ze ook zien uit welk specifiek sterrenstelsel in een deel van de hemel het GW-teken komt.
Zodra astronomen het precieze sterrenstelsel kunnen opsporen en een zwaartekrachtgolf kunnen creëren, is de lucht (niet) de limiet. Ze kunnen allerlei kenmerken in kaart brengen, niet alleen van het golfgenererende sterrenstelsel zelf, maar ook van het sterrenstelsel ervoor, waardoor de lens ontstaat. Maar hoe moeten astronomen dit werk precies doen?
Dat is de focus van het nieuwe artikel van Ewoud Wempe, een Ph.D. student aan de Rijksuniversiteit Groningen, en hun co-auteurs. Het artikel is gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , beschrijft verschillende simulaties die proberen de oorsprong van een zwaartekrachtgolf met lens te beperken. Ze gebruiken met name een techniek die lijkt op de triangulatie die mobiele telefoons gebruiken om te bepalen waar ze zich precies bevinden ten opzichte van GPS-satellieten.
Het gebruik van deze techniek kan in de toekomst vruchtbaar blijken, aangezien de auteurs geloven dat er maar liefst 215.000 potentiële GW-lenskandidaten zijn die detecteerbaar zouden zijn in datasets van de volgende generatie GW-detectoren. Hoewel deze nog steeds online komen, blijven de theoretische en modelleringswerelden hard aan het werk om erachter te komen welk soort gegevens verwacht kunnen worden voor de verschillende fysieke realiteiten van dit nieuwste type astronomische observatie.