Op 11 februari 2016 kondigden wetenschappers van de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) de eerste detectie van gravitatiegolven aan. Deze ontwikkeling, die een voorspelling van Einstein's Theory of General Relativity een eeuw eerder bevestigde, opende nieuwe wegen voor onderzoek voor kosmologen en astrofysici. Het was ook een keerpunt voor onderzoekers van Monash University, die een belangrijke rol speelden bij de ontdekking.
En nu, iets meer dan een jaar later, heeft een team van onderzoekers van het Monash Center for Astrophysics nog een mogelijke openbaring aangekondigd. Op basis van hun voortdurende onderzoek naar zwaartekrachtgolven heeft het team onlangs een theoretisch concept voorgesteld dat bekend staat als 'weesgeheugen'. Als dit waar is, kan dit concept een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we denken over zwaartekrachtgolven en ruimtetijd.
Onderzoekers van Monash Center for Astrophysics maken deel uit van wat bekend staat als de LIGO Scientific Collaboration (LSC) - een groep wetenschappers die zich toelegt op het ontwikkelen van de hardware en software die nodig zijn om gravitatiegolven te bestuderen. Naast het creëren van een systeem voor het controleren van detecties, speelde het team een sleutelrol in data-analyse - het observeren en interpreteren van de verzamelde data - en speelde het ook een belangrijke rol bij het ontwerp van de LIGO-spiegels.
Verder kijkend dan wat LIGO en andere experimenten (zoals de Virgo Interferometer) waarnamen, probeerde het onderzoeksteam na te gaan hoe deze detectoren verder konden worden uitgebreid door het "geheugen" van gravitatiegolven te vinden. De studie die deze theorie beschrijft, is onlangs gepubliceerd in de Fysieke beoordelingsbrieven onder de titel "Detecting Gravitational Wave Memory without Parent Signals".
Volgens hun nieuwe theorie keert de ruimtetijd niet terug naar zijn normale toestand nadat een catastrofale gebeurtenis zwaartekrachtsgolven heeft gegenereerd die ervoor zorgen dat deze zich uitstrekt. In plaats daarvan blijft het uitgerekt, waarnaar ze verwijzen als 'weesgeheugen' - het woord 'wees' verwijst naar het feit dat de 'moedergolf' niet direct detecteerbaar is. Hoewel dit effect nog niet is waargenomen, kan het een aantal zeer interessante mogelijkheden openen voor gravitatiegolfonderzoek.
Op dit moment kunnen detectoren zoals LIGO en Virgo alleen de aanwezigheid van zwaartekrachtgolven bij bepaalde frequenties waarnemen. Als zodanig kunnen onderzoekers alleen golven bestuderen die zijn gegenereerd door specifieke soorten gebeurtenissen en deze herleiden tot hun bron. Zoals Lucy McNeill, een onderzoeker van het Monash Center for Astrophysics en de hoofdauteur op papier, zei in een recente persverklaring van de universiteit:
“Als er exotische bronnen van zwaartekrachtgolven zijn, bijvoorbeeld van microzwarte gaten, zou LIGO ze niet horen omdat ze te hoogfrequent zijn. Maar deze studie toont aan dat LIGO kan worden gebruikt om het universum te onderzoeken op zwaartekrachtsgolven waarvan men dacht dat ze er onzichtbaar voor waren. ”
Zoals ze in hun onderzoek aangeven, zouden hoogfrequente bursts met zwaartekrachtsgolven (d.w.z. die in of onder het kilohertz-bereik) een weesgeheugen produceren dat de LIGO- en Virgo-detectors zouden kunnen oppikken. Dit zou niet alleen de bandbreedte van deze detectoren exponentieel vergroten, maar ook de mogelijkheid openen om bewijs te vinden van uitbarstingen van zwaartekrachtgolven bij eerdere zoekopdrachten die onopgemerkt bleven.
Dr Eric Thrane, een docent aan de Monash School of Physics and Astronomy en een ander lid van het LSC-team, was ook een van de co-auteurs van de nieuwe studie. Zoals hij zei: "Deze golven kunnen de weg openen voor het bestuderen van natuurkunde die momenteel niet toegankelijk is voor onze technologie."
Maar zoals ze in hun studie toegeven, bestaan dergelijke bronnen misschien niet eens en is er meer onderzoek nodig om te bevestigen dat het 'weesgeheugen' in feite echt is. Desalniettemin beweren ze dat het zoeken naar hoogfrequente bronnen een nuttige manier is om nieuwe fysica te onderzoeken, en het kan dingen onthullen die we niet verwachtten te vinden.
“Een speciale geheugenzoekopdracht met zwaartekrachtgolven is wenselijk. Het zal een verbeterde gevoeligheid hebben in vergelijking met de huidige burst-zoekopdrachten ', stellen ze. "Verder kan een speciale zoekopdracht worden gebruikt om te bepalen of een detectiekandidaat consistent is met een geheugenuitbarsting door te controleren of de residuen (na signaalaftrekking) consistent zijn met Gaussiaanse ruis."
Helaas moeten dergelijke zoekopdrachten wellicht wachten op de voorgestelde opvolgers van het Advanced LIGO-experiment. Deze omvatten de Einstein-telescoop en Cosmic Explorer, twee voorgestelde zwaartekrachtsgolfdetectors van de derde generatie. Afhankelijk van wat toekomstige onderzoeken aantreffen, kunnen we ontdekken dat ruimtetijd niet alleen zich uitstrekt van het ontstaan van zwaartekrachtgolven, maar ook de 'striae' draagt om het te bewijzen!
