Wekenlang deden geruchten de ronde dat wetenschappers zwaartekrachtgolven hadden gedetecteerd - kleine rimpelingen in ruimte en tijd - van een nieuw type dat niet werd geassocieerd met botsende zwarte gaten. En nu hebben we de definitieve bevestiging ontvangen dat we soortgelijke golven hebben gezien die werden geproduceerd door de gewelddadige botsing van twee massieve superdense sterren op 100 miljoen lichtjaar van de aarde.
De ontdekking werd gedaan op 17 augustus door een wereldwijd netwerk van geavanceerde gravitatiegolf-interferometers, bestaande uit twee LIGO-detectoren in de Verenigde Staten en hun Europese neef Virgo in Italië. De ontdekking is buitengewoon belangrijk, niet in de laatste plaats omdat het helpt bij het oplossen van enkele van de grootste mysteries in de astrofysica - inclusief de oorzaak van de heldere fakkels die bekend staan als "gammastraaluitbarstingen" en misschien zelfs de oorsprong van zware elementen zoals goud.
Volgende - in de eerste persoon: Martin Hendry, hoogleraar gravitationele astronomie en kosmologie aan de Universiteit van Glasgow.
Als lid van de onderzoekssamenwerking van LIGO was ik opgetogen zodra ik de onbewerkte gegevens zag. De volgende periode was absoluut de meest intense en slapeloze, maar ook opwindende periode in twee maanden van mijn carrière.
De aankondiging komt een paar weken nadat drie wetenschappers de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvingen voor hun belangrijke werk dat leidde tot de ontdekking van zwaartekrachtgolven, voor het eerst aangekondigd in februari 2016. Sindsdien komt het detecteren van zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten steeds dichter bij ons - er zijn nog vier vergelijkbare gebeurtenissen geregistreerd. Maar voor zover we weten, opent de botsing van zwarte gaten slechts een venster naar de donkere kant van het universum. We konden met geen enkel instrument het licht van dergelijke gebeurtenissen opvangen.
Maar GW170817 - de titel van het evenement van 17 augustus - veranderde alles. Omdat de bron van de golven dit keer twee "neutronensterren" waren - ongelooflijk dichte overblijfselen van sterren ter grootte van een stad, die elk meer wegen dan de zon. Deze sterren stormen met een gigantische snelheid om elkaar heen en komen dan samen in een vreselijke botsing, die we zagen, het weefsel van ruimte en tijd verbluffend.
Promotie video:
Opgeloste raadsels
Dat ruimteconcert was nog maar het begin. Astronomen hebben lang vermoed dat het samengaan van twee neutronensterren een opmaat zou kunnen zijn voor een korte gammastraaluitbarsting - een krachtige uitbarsting van gammastraling die in een fractie van een seconde meer energie uitstraalt dan de zon in tien miljard jaar. We observeren al decennia lang gammastraling, maar we wisten niet wat ze veroorzaakte.
Echter, slechts 1,7 seconden nadat de zwaartekrachtsgolven van GW170817 op aarde arriveerden, detecteerde NASA's Fermi-satelliet een korte uitbarsting van gammastraling in hetzelfde deel van de lucht. LIGO en Virgo vonden een rokend pistool en het verband tussen botsingen met neutronensterren en korte uitbarstingen van gammastraling werd eindelijk vastgesteld.
Een combinatie van waarnemingen van zwaartekrachtgolven en gammastraling maakte het mogelijk om de positie van de kosmische explosie te bepalen met een nauwkeurigheid tot 30 vierkante graden van de hemel - of 100 keer groter dan de volle maan. Hierdoor kon op zijn beurt een hele batterij astronomische telescopen, gevoelig voor licht uit het hele elektromagnetische spectrum, in dit kleine deel van de hemel zoeken naar het nagloeien van de explosie. En ze vonden het - achterin het nogal bescheiden sterrenstelsel NGC4993, in het sterrenbeeld Hydra.
In de daaropvolgende dagen en weken keken astronomen naar de pijn, terwijl de sintels van de explosie flitsten en uitgingen, prachtig samensmeltend tot een afbeelding die de zogenaamde "kilon" beschrijft. Het ontstaat wanneer materiaal dat rijk is aan subatomaire deeltjes - neutronen - uit de oorspronkelijke fusie met hoge snelheid wordt uitgeworpen door een gammastraal. Dit alles wordt in de omringende ruimte geworpen en leidt tot de productie van zware radioactieve elementen.
De onstabiele elementen vervallen dan tot een stabiele toestand met stralingsemissie. Dit leidt tot de gloed van de kilonova, die we hebben bevestigd door een gedetailleerde kaart op te stellen. Onze waarnemingen bevestigden ook de theorie dat de stabiele eindproducten van deze reactieketens een overvloed aan edelmetalen zoals goud en platina bevatten. Hoewel we vermoedden dat neutronensterren een sleutelrol speelden bij het creëren van deze elementen in de ruimte, lijkt deze hypothese nu veel overtuigender. De kilonova, die gevormd is uit het puin van GW170817, kon inderdaad goud produceren zo groot als de hele aarde - 1000 biljoen ton.
Door de kilonova voor het eerst 'intiem' te observeren en te zien hoe goed hij past in het zich ontvouwende astronomische storyboard dat begon met het samensmelten van een neutronenster, hebben astronomen een enorme sprong gemaakt om deze brute kosmische gebeurtenissen te begrijpen.
Het idee dat we allemaal gemaakt zijn van sterrenstof is ongelooflijk populair in het culturele bewustzijn - overal, van documentaires tot songteksten. Maar het verbijsterende concept dat het goud in onze trouwringen en Rolex-horloges is gemaakt van neutronensterrenstof, is nog interessanter. Nog opwindender is het enorme potentieel dat wordt geboden door radicaal nieuwe benaderingen van ruimteverkenning.
Door samen te werken - met behulp van instrumenten die niet alleen over het hele spectrum van licht werken, maar ook gevoelig zijn voor zwaartekrachtgolven en zelfs neutrino's - staan astronomen klaar om een volledig nieuw venster in het universum te openen. Ze hebben hun waarnemingen bijvoorbeeld al gebruikt om de eerste gezamenlijke meting van de expansiesnelheid van het heelal te maken met zowel zwaartekrachtgolven als licht.
Nieuwe resultaten volgen binnenkort. Met deze explosie begint een nieuw en opwindend tijdperk van multiplayer-astronomie.
Ilya Khel
