Wetenschappers hebben het bekende aantal extreme kosmische gebeurtenissen die door zwaartekrachtsgolven zijn gedetecteerd, verdubbeld, wat een ongekend inzicht biedt in de meest gewelddadige botsingen in het universum. De nieuwste catalogus, GWTC-4, uitgegeven door de LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Collaboration, bevat nu 128 bevestigde detecties van botsende zwarte gaten en neutronensterren, bijna een verdubbeling van de vorige telling van 90. Dit betekent dat we het universum nu op een geheel nieuwe manier ‘horen’.
De doorbraak: rimpelingen in de ruimtetijd
Het bestaan van deze rimpelingen – vervormingen in het weefsel van ruimte en tijd – werd voor het eerst voorspeld door Albert Einstein in 1915. Het duurde nog een eeuw voordat de technologie zijn achterstand had ingehaald. In 2015 maakte de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) de eerste directe detectie, afkomstig van een samensmelting van zwarte gaten op 1,3 miljard lichtjaar afstand. Sindsdien hebben detectoren in Italië (Virgo) en Japan (KAGRA) zich bij de jacht aangesloten en hebben ze een universum onthuld dat wemelt van deze cataclysmische gebeurtenissen.
Waarom dit belangrijk is: Zwaartekrachtgolven zijn uniek omdat ze informatie bevatten over botsingen die licht niet kan bevatten. Licht kan worden verbogen, geblokkeerd of vervormd. Zwaartekrachtgolven gaan door vrijwel alles heen, waardoor we direct zicht krijgen op de meest extreme verschijnselen in de kosmos.
Wat is er nieuw in GWTC-4
Deze nieuwste dataset, samengesteld uit waarnemingen tussen mei 2023 en januari 2024, valt op door zijn diversiteit :
- Zwaardere zwarte gaten: De catalogus bevat de zwaarste dubbelsterren van zwarte gaten die ooit zijn waargenomen, elk ongeveer 130 keer de massa van onze zon.
- Ongelijke fusies: Bij sommige botsingen zijn zwarte gaten met enorm verschillende afmetingen betrokken, wat duidt op een complexe formatiegeschiedenis.
- Extreme Spins: Verschillende zwarte gaten draaien met een snelheid tot 40% van de lichtsnelheid – bewijs van eerdere botsingen en de mogelijkheid van ‘fusieketens’ waarbij zwarte gaten groeien door herhaalde fusies.
- Gemengde fusies: Twee nieuwe gebeurtenissen omvatten botsingen tussen zwarte gaten en neutronensterren.
Dankzij de verhoogde gevoeligheid van de LVK-detectoren kunnen wetenschappers gebeurtenissen tot op een afstand van 10 miljard lichtjaar detecteren. Dit maakt rigoureuze tests mogelijk van Einsteins algemene relativiteitstheorie, die onder deze extreme omstandigheden stand blijft houden.
Implicaties voor astrofysica
“Deze dataset heeft ons geloof doen toenemen dat zwarte gaten die eerder in de geschiedenis van het heelal met elkaar in botsing zijn gekomen, gemakkelijker grotere spins kunnen hebben gehad dan de gaten die later met elkaar in botsing zijn gekomen”, zegt LVK-lid Salvatore Vitale van MIT.
De gegevens suggereren ook dat zwarte gaten door meerdere fusies kunnen groeien en in de loop van de kosmische tijd zelfs nog massievere entiteiten kunnen vormen. Deze waarnemingen bieden inzicht in hoe zwarte gaten ontstaan uit instortende sterren, hoe ze evolueren en hoe ze de structuur van het universum beïnvloeden.
“We breiden uit naar nieuwe delen van wat we ‘parameterruimte’ noemen en naar een geheel nieuwe verscheidenheid aan zwarte gaten”, legt LVK-lid Daniel Williams van de Universiteit van Glasgow uit. “We verleggen echt de grenzen en zien dingen die massiever zijn, sneller draaien en astrofysisch interessanter en ongebruikelijker zijn.”
De resultaten uit deze catalogus worden binnenkort gepubliceerd in het Astrophysical Journal Letters. De voortdurende verfijning van deze detectiemethoden belooft nog meer onthullingen over de meest gewelddadige en mysterieuze gebeurtenissen in het universum.
