In februari 2016 schreven wetenschappers van het Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) geschiedenis door de allereerste detectie van gravitatiegolven (GW's) aan te kondigen. Deze rimpelingen in het weefsel van het heelal, die worden veroorzaakt door fusies van zwarte gaten of botsende witte dwergen, werden voor het eerst voorspeld door Einstein's Theory of General Relativity ongeveer een eeuw geleden.
Ongeveer een jaar geleden werden de twee faciliteiten van LIGO offline gehaald, zodat de detectoren een reeks hardware-upgrades konden ondergaan. Nu deze upgrades zijn voltooid, heeft LIGO onlangs aangekondigd dat het observatorium op 1 april weer online gaat. Op dat moment verwachten de wetenschappers dat door de verhoogde gevoeligheid 'bijna dagelijkse' detecties kunnen plaatsvinden.
Tot nu toe zijn er in de loop van ongeveer drie en een half jaar in totaal 11 zwaartekrachtsgebeurtenissen gedetecteerd. Tien hiervan waren het resultaat van fusies van zwarte gaten, terwijl het resterende signaal werd veroorzaakt door een botsing van een paar neutronensterren (een kilonova-gebeurtenis). Door deze en andere soortgelijke gebeurtenissen te bestuderen, zijn wetenschappers effectief een nieuw tijdperk van astronomie ingegaan.
En nu de LIGO-upgrades zijn voltooid, hopen wetenschappers het aantal gebeurtenissen dat het komende jaar is ontdekt, te verdubbelen. Zei Gabriela González, een professor in natuurkunde en astronomie aan de Louisiana State University die jarenlang op jacht was naar GW's:
“Galileo vond de telescoop uit of gebruikte de telescoop 400 jaar geleden voor het eerst om astronomie te doen. En vandaag bouwen we nog steeds betere telescopen. Ik denk dat dit decennium het begin was van de zwaartekrachtsgolfastronomie. Dit zal dus vooruitgang blijven boeken, met betere detectoren, met verschillende detectoren, met meer detectoren. ”
Gelegen in Hanfrod, Washington en Livingston, Louisiana, bestaan de twee LIGO-detectoren uit twee betonnen buizen die aan de basis zijn verbonden (een gigantische L-vorm vormen) en loodrecht op elkaar staan voor ongeveer 3,2 km (2 mijl). In de pijpleidingen worden twee krachtige laserstralen die worden weerkaatst door een reeks spiegels, gebruikt om de lengte van elke arm met uiterste precisie te meten.
Als gravitatiegolven door de detectoren gaan, vervormen ze de ruimte en zorgen ze ervoor dat de lengte met de kleinste afstanden verandert (d.w.z. op subatomair niveau). Volgens Joseph Giaime, het hoofd van de LIGO-sterrenwacht in Livingston, Louisiana, bevatten de recente upgrades optische elementen die het laservermogen zullen vergroten en de "ruis" in hun metingen zullen verminderen.
De rest van het jaar zal het onderzoek naar zwaartekrachtgolven ook worden versterkt door het feit dat een derde detector (de Virgo Interferometer in Italië) ook waarnemingen gaat doen. Tijdens de laatste observatierun van LIGO, die duurde van november 2016 tot augustus 2017, was Maagd alleen operationeel en kon het einde ervan ondersteuning bieden.
Bovendien wordt verwacht dat het Japanse KAGRA-observatorium in de nabije toekomst online gaat, wat een nog robuuster detectienetwerk mogelijk maakt. Uiteindelijk zorgt het hebben van meerdere observatoria, gescheiden door grote afstanden over de hele wereld, niet alleen voor een grotere mate van bevestiging, maar helpt het ook de mogelijke locaties van GW-bronnen te verkleinen.
Voor de volgende observatierun zullen GW-astronomen ook profiteren van een openbaar waarschuwingssysteem - een vast onderdeel van de moderne astronomie. Kortom, wanneer LIGO een GW-gebeurtenis detecteert, stuurt het team een waarschuwing zodat observatoria over de hele wereld hun telescopen naar de bron kunnen richten - voor het geval dat de gebeurtenis waarneembare verschijnselen veroorzaakt.
Dit was zeker het geval met het kilnova-evenement dat plaatsvond in 2017 (ook bekend als GW170817). Nadat de twee neutronensterren die de GW's produceerden, in botsing kwamen, ontstond er een heldere nagloed die in de loop van de tijd zelfs helderder werd. De botsing leidde ook tot het vrijkomen van supersnelle materiaalstralen en de vorming van een zwart gat.
Volgens Nergis Mavalvala, een gravitatiegolfonderzoeker bij MIT, zijn waarneembare verschijnselen die verband houden met GW-gebeurtenissen tot nu toe een zeldzame traktatie. Bovendien is er altijd de kans dat er iets compleet onverwachts wordt opgemerkt dat wetenschappers verbijsterd en verbaasd zal maken:
"We hebben slechts een handvol zwarte gaten gezien van alle mogelijke die er zijn. Er zijn heel veel vragen die we nog steeds niet weten te beantwoorden ... Zo vindt ontdekking plaats. Je zet een nieuw instrument aan, je wijst het naar de lucht en je ziet iets waarvan je geen idee had dat het bestond. '
Zwaartekrachtsgolfonderzoek is slechts een van de vele revoluties die tegenwoordig in de astronomie plaatsvinden. En net als de andere onderzoeksgebieden (zoals exoplaneetstudies en observaties van het vroege heelal), zal het profiteren van de introductie van zowel verbeterde instrumenten als methoden in de komende jaren.
