Dat was de eerste ontdekking van zwaartekrachtgolven. Het bevestigde een belangrijke voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Nu bevestigt een nieuwe ontdekking van zwaartekrachtgolven een theorie van Stephen Hawking – een andere "reus" in de astronomie.
Wat zijn zwaartekrachtgolven?
Zwaartekrachtgolven zijn "rimpelingen" in de ruimtetijd die zich met de lichtsnelheid voortplanten. Ze worden veroorzaakt door zware objecten die extreem snel versnellen, zoals botsende zwarte gaten of de samensmelting van zware stellaire restanten, neutronensterren genaamd.
Deze rimpelingen die zich door het heelal voortplanten, werden voor het eerst rechtstreeks waargenomen op 14 september 2015 door twee detectoren van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de VS.
Dat eerste signaal, GW150914 genaamd, was afkomstig van de botsing van twee zwarte gaten, elk met een massa van meer dan 30 keer die van de zon en op meer dan een miljard lichtjaar afstand van de aarde.
Dit was het eerste directe bewijs voor zwaartekrachtgolven, zoals 100 jaar eerder al door Einsteins relativiteitstheorie was voorspeld. Voor deze ontdekking ontvingen de drie wetenschappers Rainer Weiss, Barry Barish en Kip Thorne in 2017 de Nobelprijs voor Natuurkunde.
Simulatie toont zwaartekrachtgolven die ontstaan doordat twee zwarte gaten om elkaar heen draaien ( Video : MPI).
Honderden signalen in minder dan tien jaar
Sinds 2015 zijn er meer dan 300 zwaartekrachtgolven waargenomen door LIGO, samen met de Italiaanse Virgo- en Japanse KAGRA-detectoren.
Slechts enkele weken geleden maakte de internationale samenwerking LIGO/Virgo/KAGRA de nieuwste resultaten van haar vierde waarneming bekend. Daarmee is het aantal bekende zwaartekrachtgolven meer dan verdubbeld.
Tien jaar na de eerste ontdekking heeft een internationale samenwerking, waaraan Australische wetenschappers van het Centre for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) van de Australian Research Council deelnemen, onlangs een nieuw zwaartekrachtgolfsignaal aangekondigd: GW250114.
Dit signaal is een bijna perfecte kopie van het eerste zwaartekrachtgolfsignaal, gecodeerd als GW150914.
De botsing tussen zwarte gaten die GW250114 produceerde, heeft zeer vergelijkbare fysische eigenschappen als GW150914. Dankzij aanzienlijke verbeteringen aan zwaartekrachtgolfdetectoren in de afgelopen tien jaar was het nieuwe signaal echter veel duidelijker te zien (bijna vier keer sterker dan GW150914).
Het interessante is dat het ons in staat stelt de ideeën van een andere baanbrekende natuurkundige te testen: Stephen Hawking.
Hawking had ook gelijk.
Meer dan 50 jaar geleden formuleerden de natuurkundigen Stephen Hawking en Jacob Bekenstein een reeks wetten die zwarte gaten beschreven.
Hawkings tweede wet van de mechanica van zwarte gaten, ook bekend als Hawkings oppervlaktestelling, stelt dat de oppervlakte van de waarnemingshorizon van een zwart gat altijd moet toenemen. Met andere woorden: zwarte gaten kunnen niet instorten.
Ondertussen toonde Bekenstein aan dat de oppervlakte van een zwart gat direct verband houdt met zijn entropie (of wanorde). De tweede wet van de thermodynamica vertelt ons dat de entropie altijd moet toenemen: het heelal wordt steeds wanordelijker. Omdat de entropie van een zwart gat in de loop van de tijd ook moet toenemen, betekent dit dat ook zijn oppervlakte moet toenemen.
Hoe kunnen we deze ideeën testen? Het blijkt dat botsingen tussen zwarte gaten het perfecte instrument zijn. De precisie van de nieuwe meting stelt wetenschappers in staat om de meest precieze test van Hawking's oppervlaktestelling tot nu toe uit te voeren.
Eerdere experimenten met de eerste detectie, GW15091, suggereerden dat het signaal overeenkwam met de wet van Hawking, maar konden dit niet met zekerheid bevestigen.
Zwarte gaten zijn verrassend eenvoudige objecten. De oppervlakte van de horizon van een zwart gat hangt af van zijn massa en rotatie, de enige parameters die nodig zijn om een astronomisch zwart gat te beschrijven. Massa en rotatie bepalen op hun beurt de vorm van de zwaartekrachtgolven.
Door de massa's en de spins van het binnenkomende zwarte gatpaar afzonderlijk te meten en deze te vergelijken met de massa en de spin van het laatste zwarte gat dat overblijft na de botsing, konden wetenschappers het oppervlak van de twee afzonderlijk botsende zwarte gaten vergelijken met het oppervlak van het laatste zwarte gat.
De gegevens komen uitstekend overeen met de theoretische voorspelling dat het gebied zou moeten toenemen, wat de wet van Hawking sterk ondersteunt.
Toekomstige waarnemingen van zwaartekrachtgolven stellen ons in staat om meer exotische wetenschappelijke theorieën te testen en wellicht zelfs de aard van de ontbrekende componenten van het heelal te onderzoeken: donkere materie en donkere energie.
Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-hien-mo-ra-ky-nguyen-moi-trong-thien-van-hoc-20250930235223429.htm
Reactie (0)