zwaartekrachtsignalen

Zwaartekrachtsignalen zijn rimpels in de ruimte-tijd die ontstaan bij versnellende, niet-symmetrische bewegingen van massieve voorwerpen. Ze dragen energie mee en reizen met de snelheid van het licht. Volgens de algemene relativiteitstheorie verstoren deze golven de structuur van ruimte en tijd terwijl ze over de kosmos bewegen.

Ze worden vooral geproduceerd door systemen met extreem sterke zwaartekracht, zoals samensmeltende compacte objecten (zwarte gaten en neutronensterren) in binaire systemen. Ook explosieve gebeurtenissen zoals supernovae kunnen zwaartekrachtsignalen uitzenden. De signalen hebben frequenties van duizenden tot tientallen hertz en zijn uiterst zwak bij de aankomst op aarde, wat nauwkeurige, gevoelige metingen vereist.

Detectie gebeurt met laserinterferometers die twee armen in een hoek van bijna 90 graden vormen. Veranderingen in de lengte van deze armen worden uitgedrukt als strain h = ΔL/L. De waargenomen veranderingen zijn extreem klein, rondom 10^-21. Voorbeelden van instrumenten zijn LIGO in de Verenigde Staten, Virgo in Italië en KAGRA in Japan; meerdere detectors tegelijk helpen bij het bepalen van de bron en het uitsluiten van valse signalen.

Sinds de eerste directe waarneming in 2015 (GW150914), zijn tientallen zwaartekrachtsignalen geregistreerd. De meeste komen van samensmeltende zwarte gaten; een belangrijke neutronenstaar-merger (GW170817) toonde ook elektromagnetische straling. Zwaartekrachtsignalen bieden een nieuw venster op het universum, testen van de fundamentele natuurwetten en inzichten in kosmologie.

Toekomstig onderzoek richt zich op ruimtetijddetectoren zoals LISA, die zwaartekrachtsignalen in lagere frequenties kan waarnemen en zo het verhaal van supermassieve zwarte gaten en andere vroegere gebeurtenissen in kaart brengt.