Stichting FOM
5 augustus 2011, 2011/33
Europese observatoria voor zwaartekrachtgolven bundelen krachten tijdens
zomerrun
Deze zomer werken twee Europese observatoria samen om het
zwaartekrachtgolfonderzoek een impuls te geven. Europa's detectoren
GEO600 (een Duits-Britse collaboratie) en Virgo (een
samenwerkingsverband tussen Italië, Nederland, Frankrijk, Polen en
Hongarije) zijn gestart met een gezamenlijk observatieprogramma dat
duurt tot begin september 2011. Zij doen dit in een periode waarin
zwaartekrachtgolfdetectoren in de Verenigde Staten buiten gebruik zijn
voor belangrijke upgrades.
Zwaartekrachtgolven zijn uiterst kleine rimpels in
het weefsel van ruimtetijd, waarvan voorspeld is dat ze zijn ontstaan
uit kosmische catastrofen als samensmeltende zwarte gaten en
ineenstortende supernova's. Verwacht wordt dat het detecteren van deze
golven een revolutie teweeg zal brengen in ons begrip van het
Universum.
De Europese detectoren (laser-interferometers) werken door de meting
van minieme veranderingen (kleiner dan een atoomkern) in de lengtes van
de twee kilometers lange verbonden 'armen', veroorzaakt door een
passerende zwaartekrachtgolf. Laserbundels in de armen slaan het
periodieke uitrekken en krimpen op als interferentiepatronen in de
centrale detector.
De kans om te kunnen 'luisteren' naar zwaartekrachtgolven wordt fors
vergroot door het tegelijkertijd inzetten van twee of meer van deze
laser-interferometers op verschillende posities op het aardoppervlak.
Op deze manier kunnen eventuele andere, op aarde gegenereerde
ruissignalen die zich kunnen voordoen als een echte zwaartekrachtgolf
worden geëlimineerd; het is namelijk zeer onwaarschijnlijk dat
dergelijke ruis dezelfde kenmerken heeft op de verschillende lokaties
terwijl de zwaartekrachtgolf hetzelfde zou blijven. Bovendien kunnen
detectoren op verschillende lokaties de positie in het heelal van de
zwaartekrachtgolfbronnen helpen reconstrueren. Dit is te vergelijken
met het vermogen van onze hersenen om de richting van een geluidsbron
te bepalen door het verschil op te merken tussen de signalen ontvangen
door onze twee oren. Met twee detectoren ligt de meest waarschijnlijke
positie op een cirkel, terwijl dit met drie of meer detectoren kan
worden teruggebracht tot enkele stippen.
"Als je GEO600 en Virgo vergelijkt, zie je dat beide detectoren met
hoge frequenties van 600Hz en daarboven gelijkwaardige gevoeligheden
hebben", zegt dr. Hartmut Grote, een wetenschapper van het Max Planck
Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) en
de Leibniz University in Hannover, Duitsland. "Dit maakt het voor ons
zeer interessant om binnen deze band op zoek te gaan naar mogelijke
zwaartekrachtgolven die geassocieerd worden met supernova's of
gammastraaluitbarstingen geobserveerd door conventionele telescopen."
"Deze meting met Virgo en GEO600 biedt een reële kans tot de ontdekking
van gravitatiegolven, een solide voorspelling van Einsteins algemene
relativiteitstheorie. Na afloop van de meting wordt Virgo buiten
gebruik gesteld en zullen belangrijke verbeteringen in gevoeligheid
worden geïmplementeerd. Dit zal enkele jaren in beslag nemen en
Nederland speelt hierbij een belangrijke rol", zegt prof. Jo van den
Brand, wetenschapper van het Nationaal instituut voor subatomaire
fysica Nikhef en de Vrije Universiteit Amsterdam.
Gammastraaluitbarstingen - de meest heldere transiënte
elektromagnetische gebeurtenissen in het heelal - zouden kunnen
voortvloeien uit de ineenstorting van een superzware ster tot een
neutronenster of een zwart gat. Men verwacht dat deze verschijnselen
sterke zwaartekrachtstraling genereren, waardoor ze de ideale
referenties verstrekken voor zoektochten naar zwaartekrachtgolven. De
verwachte frequenties hangen af van de massa van de objecten en zouden
zich kunnen uitstrekken tot de kHz-band. Echter, gezien de zwakte van
het verwachte zwaartekrachtgolfsignaal, is de kans dat zo'n gebeurtenis
gedetecteerd wordt laag. Hoe vaak deze gebeurtenissen gedetecteerd
kunnen worden hangt dus sterk af van de gevoeligheid van de detectoren.
Dankzij Virgo's hoge gevoeligheid bij lage frequenties (onder de 100
Hz), zal de detector ook op zoek gaan naar signalen van afzonderlijke
pulsars zoals Vela, het overblijfsel van een zware supernova-explosie
die regelmatige pulsen van elektromagnetische straling uitstraalt; van
gammastralen tot radiogolven. Het signaal van de zwaartekrachtgolf
wordt rond de 22 Hz verwacht.
Bovendien zal het programma nieuwe technologie testen die gebruikt zal
worden in de volgende (tweede-)generatie zwaartekrachtgolfobservatoria.
Contact en aanvullende informatie
Prof.dr. Jo van den Brand Tel.: 06 20 53 94 84
Neem voor aanvullend beeldmateriaal contact op met de afdeling
wetenschapscommunicatie: Melissa van der Sande.