satori13/iStock/GettyImages

Aan het einde van de 17e eeuw stelde Sir IsaacNewton, voortbouwend op de inzichten van Galileo, voor dat zwaartekrachtverstoringen zich sneller voortbewegen dan enig ander signaal in de kosmos. In 1915 betwistte Albert Einstein deze opvatting met zijn Algemene Relativiteitstheorie, waarbij hij beweerde dat geen enkele informatie sneller kan reizen dan het licht, inclusief zwaartekrachtsgolven.

TL;DR (te lang; niet gelezen)

De betekenis van zwaartekrachtgolven:

• Opent een nieuw venster naar de kosmos
• Biedt een beslissende bevestiging van Einsteins algemene relativiteitstheorie
• Weerlegt Newtons idee van onmiddellijke actie op afstand
• Onthult een heel spectrum van zwaartekrachtstraling
• Tips voor transformerende toekomstige technologieën

Een episch evenement

Op 14 september 2015 arriveerden de eerste direct gemeten zwaartekrachtgolven op aarde, gelijktijdig met het licht van de samensmelting van twee zwarte gaten op ongeveer 1,3 miljard lichtjaar afstand. Deze waarneming, vastgelegd door LIGO in de VS en Virgo in Europa, en bevestigd door ongeveer zeventig telescopen op de grond en in de ruimte, bevestigde de voorspelling van Einstein en luidde een nieuwe tak van de astronomie in.

Hoe wetenschappers zwaartekrachtgolven meten

De twee LIGO-locaties – Livingston, Louisiana en Hanford, Washington – hebben de vorm van een ‘L’ op de grond, met 2,5 kilometer lange armen waarin lasers, straalsplitsers, spiegels en detectoren zijn ondergebracht. Een laserstraal wordt gesplitst, naar elke arm gestuurd, teruggekaatst en opnieuw gecombineerd. Een passerende zwaartekrachtgolf strekt de ene arm uit en knijpt in de andere, waardoor een miniem verschil ontstaat in de terugkeertijden van de twee bundels. Dit differentiële signaal is wat de fotodetector registreert.

Gelijktijdige detecties op beide locaties, zij het met een kleine vertraging, geven astronomen twee ruimtelijk gescheiden datapunten. Door deze signalen te trianguleren, kunnen wetenschappers de hemelpositie van de bron bepalen en de golfvorm tot in de kleinste details meten.

Zwaartekrachtgolven doen golven in het ruimte-tijdcontinuüm

De relativiteitstheorie van Einstein laat zien dat veranderingen in een zwaartekrachtveld zich voortplanten met de snelheid van het licht, net als rimpelingen in een vijver. Wanneer twee massieve lichamen – zoals zwarte gaten – samensmelten, prikkelt hun beweging de ruimte-tijd zelf, waardoor oscillaties ontstaan ​​die energie wegvoeren als zwaartekrachtgolven. In tegenstelling tot licht kunnen deze golven vrijwel ongehinderd door de materie reizen en informatie onthullen over de meest gewelddadige gebeurtenissen in het universum.

Zwaartekrachtgolven en hun effecten op aarde

Sinds 2015 zijn er minstens vier samensmeltingen van binaire zwarte gaten geregistreerd, die elk gelijktijdige waarnemingen van zowel zwaartekracht- als elektromagnetische signalen mogelijk maken. Wanneer drie of meer observatoria een signaal detecteren, kunnen astronomen (1) de gebeurtenis met hoge precisie lokaliseren en (2) de golfvorm testen aan de hand van voorspellingen uit de algemene relativiteitstheorie. Hoewel de golven slechts minuscule vervormingen in de ruimte-tijd veroorzaken, maakt de gevoeligheid van de detectoren metingen met ongekende nauwkeurigheid mogelijk.

Wat de toekomst brengt

De detecties van 2015 vonden plaats vlak voor de honderdste verjaardag van Einsteins presentatie van de algemene relativiteitstheorie aan de Koninklijke Pruisische Academie van Wetenschappen. Naarmate de zwaartekrachtgolf-astronomie volwassener wordt, belooft het nieuwe natuurkunde te ontsluiten, bestaande theorieën uit te dagen en misschien innovaties aan te moedigen die analoog zijn aan de innovaties die voortkomen uit de ontdekking van nieuwe elektromagnetische frequentiebanden:röntgenstraling, radiogolven en nog veel meer.