LIGO

Een laserstraal wordt gesplitst in twee loodrecht op elkaar staande armen van vier kilometer lang. Op het uiteinde van elke arm wordt een testmassa geplaatst. Deze massa is voorzien van een spiegel die, samen met andere spiegels, de straal enkele honderden malen weerkaatst. Beide weerkaatste stralen worden samen ontvangen en met elkaar vergeleken in een zogenaamde interferometer. Initieel worden de massa's zo afgesteld dat de twee lichtbundels in tegenfase zijn zodat ze elkaar uitdoven. Wordt nu een massa ook maar een afstand kleiner dan de diameter van een proton verplaatst dan zullen de twee bundels niet meer in tegenfase zijn en zal de interferometer een signaal afgeven. Als dus de ruimtetijd kan uitdijen en inkrimpen zoals Einstein (1915) voorspeld heeft, dan moet dat met dit systeem vastgesteld kunnen worden.

 

Op 14 september 2015 om 11:51 Midden-Europese Tijd (MET) namen zowel de Livingston- als de Hanforddetector voor de eerste maal zwaartekrachtsgolven waar. Gebaseerd op de ontvangen signalen berekenden de onderzoekers dat de golven veroorzaakt werden door twee samensmeltende zwarte gaten van 29 en 36 zonnemassa's en dat de gebeurtenis 1,3 miljard jaar geleden plaatsvond. Ongeveer driemaal de massa van zon werd in een fractie van een seconde omgezet in gravitatiegolven met een piekvermogen van vijftigmaal het vermogen van het hele zichtbare heelal. Doordat het signaal in Livingston 7 milliseconden vroeger gedetecteerd werd dan in Hanford, kon men besluiten dat de bron in de zuidelijke hemisfeer gelegen was.

Volgens de Algemene Relativiteitstheorie verliezen zwarte gaten die om elkaar wentelen energie in de vorm van zwaartekrachtsgolven waardoor zij gedurende miljarden jaren steeds dichter bij elkaar komen te staan. Zij wentelen dan steeds sneller om elkaar om tijdens de laatste fractie van een seconde tegen halve lichtsnelheid tegen elkaar te botsen en zo één massief zwart gat te vormen. Een gedeelte van de gezamenlijke massa wordt volgens Einsteins formule E = m·c² omgezet in zwaartekrachtsgolven die hier op aarde, 1,3 miljard jaar later, ontvangen worden.

Op 26 december 2015 om 5:38:53 MET werd een tweede golf waargenomen. Ook nu weer werden de signalen door beide stations waargenomen met een tijdsverschil van 1,1 milliseconde. De massa's waren 14 en 8 maal de massa van zon, met een restmassa van 21 zonnemassa's.

4 januari 2017 om 4:11:58 MET werd in Hanford een signaal waargenomen en drie milliseconden later in Livingston. Deze keer bleek de golf van drie miljard lichtjaren ver te komen. Dit is één vijfde van de diameter van het waarneembare heelal en de golf is dus drie miljard jaren onderweg geweest. De massa's bedroegen 19 en 32 zonnemassa's resulterend in een restmassa van 49 zonnemassa's. Twee zonnemassa's werden in 0,12 seconden omgezet in zwaartekrachtsgolven. De impactsnelheid was 0,6 maal de lichtsnelheid. De diameters van de oorspronkelijke zwarte gaten bedroegen respectievelijk 115 en 190 km. Het overblijvende zwarte gat heeft een diameter van 280 km. Even ter vergelijking: onze zon heeft een diameter van 1.400.000 km. Bij de waarneming bewogen de detectoren 1 × 10⁻¹⁸ m (1 attometer ofwel duizend keer minder dan de diameter van een proton).

De wetenschappers van het LIGO maken zich sterk dat zij wel degelijk een zwaartekrachtsgolf hebben waargenomen en niet een of ander toevallig fenomeen omdat beide signalen van Livingston en Hanford een duidelijke correlatie vertonen die uitsteekt boven de achtergrondruis. Zij schatten de fout op 1 in de 70.000 jaar.

Op 17 augustus 2017 werd door LIGO de zwaartekrachtgolf GW170817 gedetecteerd.

• GEO600, Duitse zwaartekrachtgolvendetector
• Virgo zwaartekrachtgolvendetector, in Pisa (Italië)
• LISA, een Amerikaanse zwaartekrachtgolvendetector, die zich in de ruimte gaat bevinden
• TAMA 300, Japanse zwaartekrachtgolvendetector
• Einstein@home, programma dat je kan downloaden om LIGO/GEO te helpen hun data te analyseren.
• Citizen scientists help in search for gravitational waves

• LIGO Detected Gravitational Waves from Black Holes

 

Zie de categorie LIGO van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.