Bij de spectaculaire meting van het LIGO-experiment ontdekten fysici niet alleen zwaartekrachtsgolven. Dankzij het door hen blootgelegde signaal was er ook sprake van een tweede primeur. Astronomen konden dankzij de ruimtetijdrimpelingen namelijk voor het eerst direct zwarte gaten waarnemen.

De fatale dans van de twee botsende zwarte gaten veroorzaakte de zwaartekrachtsgolf die gisteren de fysicagemeenschap op z'n kop zette
De fatale dans van de twee botsende zwarte gaten veroorzaakte de zwaartekrachtsgolf die gisteren de fysicagemeenschap op z’n kop zette

Gisteren onthulden fysici met behulp van de Amerikaanse zwaartekrachtgolfdetector LIGO dat de ruimtetijd kan golven. Het was een bevestiging van wat Einstein ruim een eeuw geleden al voorspelde. Maar in alle vreugd over de vondst van zwaartekrachtgolven, verdronk de andere primeur enigszins. En passant vormde het signaal namelijk ook de allereerste keer dat onderzoekers zwarte gaten direct hebben waargenomen. ‘Het zwarte gat in het centrum van de melkweg hebben we tot nog toe bijvoorbeeld alleen indirect gezien’, zegt astronoom Samaya Nissanke, verbonden aan de Radboud Universiteit Nijmegen en fysica-instituut Nikhef.

Astronomen konden zwarte gaten tot gisteren namelijk alleen onderscheiden aan de hand van de invloed die zij op hun omgeving hebben. Bijvoorbeeld de manier waarop ze andere kosmische voorwerpen zeer sterk aantrekken.

Onverklaarbaar kattengat
LEES OOK
Onverklaarbaar kattengat

Verrassend duidelijk

Het door de gaten veroorzaakte signaal dat fysici gisteren aan de wereld toonden bleek echter verrassend duidelijk. In de grafiek van het zwaartekrachtgolfsignaal kon je zelfs met het blote oog al de fatale kosmische dans van twee zwarte gaten onderscheiden – een teken van het energieke geweld waarmee die gebeurtenis gepaard ging.

De grafiek uit het onderzoeksartikel waarin de vondst van zwaartekrachtsgolven bekend wordt gemaakt. Boven zie je helder het steeds snellere om elkaar draaien van de zwarte gaten. Onder de 'kosmische banaan', waarin je de frequentie van de zwaartekrachtsgolf steeds hoger ziet worden - de kenmerkende 'fluittoon' van de kosmos waarnaar onderzoekers zochten.
De grafiek uit het onderzoeksartikel waarin de vondst van zwaartekrachtsgolven bekend wordt gemaakt. Boven zie je helder het steeds snellere om elkaar draaien van de zwarte gaten. Onder de ‘kosmische banaan’, waarin je de frequentie van de zwaartekrachtsgolf steeds hoger ziet worden – de kenmerkende ‘fluittoon’ van de kosmos waarnaar onderzoekers zochten (klik om te vergroten).

De twee gaten, eentje dertigmaal zo zwaar als de zon en de andere vijfendertigmaal, draaiden steeds sneller om elkaar heen totdat ze op het laatst samensmolten tot een enkel zwart gat van 62 zonsmassa’s. Het is een dans die je duidelijk terugziet in het steeds sneller heen-en-weer slingeren van de grafiek die de fysici gisteren onthulden en in de plaatjes van de ‘kosmische bananen’, zoals sommigen ze noemden, waarin de frequentie van de golf op een banaan-achtige manier omhoog kromt wanneer de zwarte gaten bij elkaar komen.

E=mc2

Het verschil in massa tussen de gaten voor de botsing en het gat dat na afloop ontstond is driemaal de massa van onze thuisster. Via Einsteins beroemde formule E = mc2 werd die gehele massa in 0,2 seconde volledig omgezet in de energie van de gemeten ruimtetrilling. Dat dat zo efficiënt en snel gebeurt is omdat botsende zwarte gaten op geen enkele andere manier energie ‘lekken’. Bij de botsing kan immers niet ineens massa uit één van de gaten verdampen. De gigantische oplazer die de ruimtetijd van de zwarte gaten kreeg, maakte van dit signaal daarom ook maar meteen de meest energierijke kosmische gebeurtenis die ooit is gemeten.

‘Dit signaal vormt voor de sterrenkunde een enorme doorbraak’, zegt Nissanke. ‘Het was een bizarre gebeurtenis waarmee we niet alleen de zwarte gaten direct in kaart konden brengen, maar ook nog eens de relativiteitstheorie van Einstein aan een stringente test konden onderwerpen.’

60 procent van de lichtsnelheid

Zij verwijst daarbij naar de invloed van de enorme massa’s die tijdens hun fatale dans bovendien razendsnel bewogen, op zo’n 60 procent van de snelheid van het licht, de absolute maximumsnelheid in het universum. ‘Je kon echt die kromming van de ruimtetijd zien’, zegt Nissanke, ‘het was bijna sciencefictionachtig.’

Volgens Nissanke zijn alle clichés die de afgelopen dagen door wetenschappers en journalisten werden rondgestrooid dan ook absoluut terecht. ‘Het is een cliché, maar dit geeft ons écht een nieuwe blik op de kosmos.’

Waar astronomen tot nog toe allerlei indirecte metingen moesten combineren om bijvoorbeeld de massa en snelheid van een zwart gat te bepalen, zat in dit geval alles in dat ene signaal verborgen. ‘Ik kan het nog steeds bijna niet geloven’, zegt Nissanke.  ‘Dit nieuwe meetinstrument gaat ons de komende jaren zoveel geven. Nieuwe inzichten in de algemene relativiteitstheorie, direct onderzoek naar zwarte gaten, het dichten van gaten in onze kennis over sterevolutie… ik ben ongelofelijk blij met dit resultaat.’

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder: