Twee zwarte gaten zenden zwaartekrachtgolven uit als ze om elkaar heen draaien.

Er zijn vier nieuwe zwaartekrachtgolven boven water gekomen bij het nauwkeurig uitvlooien van anderhalf tot twee jaar oude metingen. Eerder vielen de signalen niet op: ze ‘verdronken’ in de ruis. De nieuwe analyse van gegevens van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) verschenen in een wetenschappelijke publicatie op de preprint-site arXiv.

Een zwaartekrachtgolf is een kortstondige rimpeling in het vierdimensionale ‘weefsel’ van ruimte en tijd. Deze rimpelingen, die zich met de lichtsnelheid voortplanten, ontstaan bijvoorbeeld wanneer twee zwarte gaten met hoge snelheid om elkaar heen wentelen. Tegen de tijd dat deze rimpelingen de aarde bereiken, zijn ze bijna onmeetbaar zwak, en hun detectie vereist extreem gevoelige apparatuur.

De Amerikaanse LIGO-detectors – het zijn er twee – bestaan weliswaar al sinds 2002, maar waren tot 2015 niet gevoelig genoeg om de zwakke zwaartekrachtgolven uit het heelal te detecteren. De eerste zwaarkrachtgolf mat LIGO in september 2015. Deze ontdekking leverde in 2017 de Nobelprijs voor Natuurkunde op. In Italië staat sinds 2003 een vergelijkbare Europese detector, die sinds 2016 de vereiste gevoeligheid heeft.

Verdronken in de ruis

De nu bekendgemaakte detecties, die allemaal plaatsvonden in 2017, kwamen aan het licht bij het nauwkeurig uitvlooien van de gegevens die de LIGO-detectors tussen 30 november 2016 en 25 augustus 2017 hebben verzameld. Met de destijds beschikbare middelen vielen de signalen niet op: ze ‘verdronken’ in de ruis. Met nieuwe, tijdrovende ruisonderdrukkingstechnieken zijn ze nu alsnog opgespoord. Naast de vier zekere detecties zijn ook nog veertien ‘marginale’ gevallen ontdekt: signalen die zo zwak zijn dat ze niet met zekerheid aan zwaartekrachtgolven kunnen worden toegeschreven.

Het meest bijzondere zekere geval is GW170729, die lijkt te zijn veroorzaakt door een botsing tussen twee zwarte gaten met een gezamenlijke massa van 85 zonsmassa’s. Deze speelde zich af in een sterrenstelsel op 9 miljard lichtjaar van de aarde. Bij de samensmelting van de twee objecten werd het energie-equivalent van vijf zonsmassa’s aan zwaartekrachtgolven uitgezonden. Het overgebleven zwarte gat moet dus een massa van 80 zonsmassa’s hebben. Daarmee is dit het zwaarste zwarte gat van stellaire oorsprong dat ooit is waargenomen – al is het maar indirect.

Ook vóórdat LIGO en Virgo bestonden, hebben astronomen van een vijftiental stellaire zwarte gaten de massa kunnen bepalen. Deze bevinden zich alle binnen onze eigen Melkweg en hebben een normale ster als begeleider. In zulke gevallen kan de massa van het zwarte gat worden ‘afgelezen’ aan de snelheid waarmee de ster eromheen cirkelt. De zwaarste van deze zwarte gaten hebben iets meer dan tien keer zoveel massa als de zon.