Vrijdag 15/11/2019

Zwaartekracht

Bewijs Einsteins zwaartekrachtgolven: deur naar donkerste geheimen heelal geopend

Beeld thinkstock

Vanaf nu kijkt de mens nooit meer op dezelfde manier naar de ruimte. Het bewijs voor 'zwaartekrachtgolven' is binnen en dat betekent dat wetenschappers voortaan veel meer kunnen zien in de kosmos, zoals gebeurtenissen die miljoenen jaren geleden plaatsvonden. "Dit is het begin van een nieuw tijdperk in de sterrenkunde."

Honderd jaar nadat Albert Einstein ze op basis van zijn algemene relativiteitstheorie had voorspeld, zijn ze ook echt vastgesteld: zwaartekrachtgolven. Dat zijn 'rimpelingen' in het weefsel van de ruimtetijd. Einstein ontdekte dat de ruimte niet zomaar een 'leeg ding' is en de tijd een andere, aparte dimensie, maar dat ruimte en tijd in elkaar verweven zitten en een soort weefsel vormen waarin ook plooien ontstaan en waarin de zwaartekracht aan het werk is op een manier die we hier op aarde niet kennen.

Gebeurenissen in de ruimte, zoals explosies en botsingen, laten golven in het weefsel van de ruimtetijd na, zoals wanneer je een steentje in een vijver gooit. Bij extreem heftige gebeurtenissen ontstaan zo zwaartekrachtgolven. Na 25 jaar zoeken presenteren de wetenschappelijke teams verbonden aan het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de VS nu het bewijs dat ze niet alleen een logisch gevolg van Einsteins relativiteitstheorie zijn, maar dat ze ook echt bestaan.

"Dit is een enorme ontdekking", zegt professor fysica en astronomie Leen Decin (KU Leuven). "Tot nu toe bekeken we de kosmos en de objecten erin door het licht te bestuderen. Licht raakt echter niet overal door. Slechts 5 procent van het universum bestaat uit materie die je met licht kunt waarnemen. De andere 95 procent is donker en niet waarneembaar, zoals de zwarte gaten.

"Met de zwaartekrachtgolven kunnen we eindelijk het enorme deel van het universum dat tot nu 'onzichtbaar' voor ons was wel zien en ook kijken naar wat in de eerste 300.000 jaar na de big bang moet zijn gebeurd. Ook dat kunnen we nu niet waarnemen. Dit is een spectaculaire stap vooruit."
Professor Gijs Nelemans, Nederlands sterrenkundige betrokken bij dit baanbrekende onderzoek en verbonden aan de KU Leuven, reageert vanop een zwaartekrachtgolffeestje. "Dit is het begin van een nieuw tijdperk voor de sterrenkunde. We krijgen een hele nieuwe manier om naar het heelal te kijken en de meest extreme objecten te bestuderen. Het is alsof we tot nu toe enkel beeld, maar geen klank hadden en nu wel. Hoe supernova's exploderen, neutronensterren samensmelten en zwarte gaten zich gedragen wordt nu zichtbaar", zegt de expert, die de astrofysische interpretatie van de ontdekking leidde.

"Bovendien levert dit een nieuwe kijk op de zwaartekracht. Iedereen kent die op aarde. Dingen vallen. Maar hoe dat precies gaat in een omgeving waar enorme snelheden en enorme massa's interageren, weten we niet. Uit de zwaartekrachtgolven kunnen we daar nu wel veel over afleiden", aldus nog Nelemans.

LIGO bestaat uit twee detectoren die zich 3000 kilometer van elkaar bevinden. Elke detector omvat twee tunnels van vier kilometer lang. Door deze tunnels worden laserstralen gestuurd en teruggekaatst via spiegels die aan het uiteinde hangen. Een zwaartekrachtgolf veroorzaakt minuscule trillingen van die spiegels, die op hun beurt een effect hebben op het laserlicht. Het is dat effect dat met duizelingwekkende precisie wordt gemeten door de LIGO onderzoekers.

Einstein. Beeld anp

Op 14 september kregen beide LIGO detectoren nagenoeg tegelijk een signaal binnen dat alle kenmerken van zwaartekrachtgolven had. Volgens theoretische berekeningen werden die zwaartekrachtgolven geproduceerd door een wel zeer extreme gebeurtenis zomaar even 1,3 miljard jaar geleden: de samensmelting van twee zwarte gaten. De onderzoekers kunnen verder uit het signaal afleiden dat die zwarte gaten elk ongeveer dertig keer zo zwaar waren als de zon, zo'n honderd kilometer breed, en dat ze tegen de helft van de lichtsnelheid rond elkaar cirkelden vooraleer ze samensmolten tot een nieuw, snel roterend zwart gat.

De visuele representatie van zwaartekrachtsgolven tijdens een presentatie over het onderwerp aan het Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute). Beeld epa

Bij die samensmelting werd een deel van de oorspronkelijke massa omgezet in een immense hoeveelheid energie die werd uitgestraald als zwaartekrachtgolven. En enkele van die golven liepen dus 1,3 miljard jaar later, als een zeer minuscule trilling gedurende amper 0,2 seconden binnen bij het LIGO. Het is voor het eerst dat zo'n soort heftig proces in de ruimte is waargenomen.

Ook theoretische fysicus Karel Van Acoleyen (UGent) is onder de indruk. "De mens loopt hier zo'n 150.000 jaar rond, iemand schrijft dan een eeuw geleden een theorie op voor de zwaartekracht, met daarbij de theoretische voorspelling van zwaartekrachtgolven. Vandaag detecteren we dan het uiterst kleine effect van zo een zwaartekrachtgolf die een miljard jaar geleden aan de andere kant van het universum ontstond. Hoe mooi is dat niet?"

Zwaartekrachtgolven, wat zijn het?

Zwaartekrachtgolven zijn 'fluctuaties' in de kromming van de ruimtetijd, die zich tegen de snelheid van het licht van de bron af voortbewegen als golven. Het zijn rimpels in het weefsel van de ruimtetijd. De ruimtetijd is geen leegte, maar een vierdimensionaal 'weefsel', waaraan getrokken of geduwd kan worden als objecten zich erdoorheen bewegen. Die vervormingen zijn de oorzaak van zwaartekrachtgolven.

Een manier om dat visueel voor te stellen is een opgespannen rubberen vel nemen en er een zwaar voorwerp op te leggen. Dat object zal maken dat het vel errond doorbuigt. Leg je een kleiner object in de buurt van het eerste, dan valt het naar het grotere object toe. Een ster oefent op dezelfde manier aantrekkingskracht uit op hemellichamen.

Wat we dus vaak beschouwen als een leegte, is een dynamische substantie waarin elk versnellend of vertragend voorwerp rimpels maakt. Alleen enorm massieve voorwerpen, zoals neutronensterren en zwarte gaten, vormen zwaartekrachtgolven die helemaal tot bij de aarde raken.


Andere historische ontdekkingen in de sterrenkunde
- Galileo Galilei bewijst in de 16de eeuw dat de zon in het midden van ons zonnestelsel zit.

- Kepler bewijst in de 17de eeuw dat de planeten in ellipsvorm rond de zon cirkelen.

- Edwin Hubble ontdekt in de jaren 20 dat er andere melkwegstelsels zijn en dat het universum uitzet.

- Karl Jansky ontdekt in 1931 dat er radiogolven uit de ruimte komen.

- In 1956 publiceren Clyde Cowan en zijn collega's de eerste bevestiging voor de detectie van het elektronneutrino: een ongeladen, subatomair deeltje.

- Astronomen Arno Penzias en Robert Wilson ontdekken in 1964 kosmische achtergrondstraling, een 'rest' van bij de big bang en belangrijk bij het onderzoek ernaar.

- De Zwitserse astronomen Didier Queloz en Michel Mayor leveren in 1995 voor het eerst bewijs van een planeet buiten ons zonnestelsel.

- In 2012 meldt het CERN dat het higgsboson, een elementair deeltje, is ontdekt met behulp van de Large Hadron Collider.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234