Het universum 'herinnert' zich mogelijk gravitatiegolven lang nadat ze zijn gepasseerd.
Dat is het uitgangspunt van een theoretisch artikel dat op 25 april in het tijdschrift Physical Review D. is gepubliceerd. Zwaartekrachtgolven, zwakke rimpelingen in ruimte en tijd die de mensheid de afgelopen jaren alleen heeft kunnen detecteren, hebben de neiging om zeer snel voorbij te gaan. Maar de auteurs van het artikel toonden aan dat ze na het passeren van de golven een licht veranderd gebied zouden kunnen achterlaten - een soort herinnering achterlatend aan hun kruising.
Deze veranderingen, die de onderzoekers 'persistente gravitatiegolfobservaties' noemden, zouden nog zwakker zijn dan de gravitatiegolven zelf, maar die effecten zouden langer aanhouden. Objecten zijn mogelijk iets verschoven. De positie van deeltjes die door de ruimte zweven, kan worden gewijzigd. Zelfs de tijd zelf kan enigszins niet synchroon lopen en kort met verschillende snelheden in verschillende delen van de aarde lopen.
Deze veranderingen zouden zo minuscuul zijn dat wetenschappers ze nauwelijks zouden kunnen detecteren. De onderzoekers schreven in hun paper dat de eenvoudigste methode om deze effecten te observeren, zou kunnen zijn dat twee mensen 'kleine zwaartekrachtsgolfdetectoren meedragen' - een grapje omdat de detectoren vrij groot zijn.
Maar er zijn manieren waarop onderzoekers deze herinneringen kunnen detecteren. Dit is de meest voor de hand liggende: zoeken naar verschuivingen in de spiegels van bestaande gravitatiegolfdetectoren.
Op dit moment kunnen wetenschappers gravitatiegolven detecteren door observatoria te bouwen die zeer lange en stabiele laserstralen over lange afstanden afvuren. Als de balken lichtjes wiebelen, is dat een teken dat er een zwaartekrachtsgolf is gepasseerd. Door de wiggles te bestuderen, kunnen natuurkundigen de golven meten. De eerste dergelijke detectie was in 2015 en sindsdien is de technologie zodanig verbeterd dat de observatoria zo vaak als eens per week zwaartekrachtsgolven detecteren.
Die golven zijn afkomstig van enorme gebeurtenissen, zoals wanneer zwarte gaten en neutronensterren heel ver weg in de ruimte botsen. Tegen de tijd dat ze de aarde bereiken, zijn de golven nauwelijks merkbaar. Hun langetermijneffecten zijn nog minder duidelijk.
Maar de spiegels in detectoren worden constant zo nauwkeurig gemeten dat na verloop van tijd de verschuivingen die de zwaartekrachtsgolven veroorzaken, zo intens kunnen worden dat onderzoekers ze kunnen herkennen. De onderzoekers bedachten een wiskundig model dat voorspelt hoeveel de spiegels bij elke passerende golf in de tijd moeten verschuiven.
De andere methoden die mensen zouden kunnen gebruiken om deze langetermijneffecten te detecteren, zijn atoomklokken en draaiende deeltjes.
Twee atoomklokken die op enige afstand van elkaar zijn geplaatst, zouden een zwaartekrachtgolf anders ervaren, inclusief de tijdsdilatatie-effecten: Omdat de tijd voor de ene klok meer zou worden vertraagd dan voor de andere, zouden subtiele verschillen in hun metingen na het passeren van een golf een herinnering aan de golf in het lokale universum.
Ten slotte kan een klein ronddraaiend deeltje zijn gedrag veranderen voor en na het passeren van een golf. Hang het in een kamer in een laboratorium en meet de snelheid en draairichting; meet het dan opnieuw nadat een golf is gepasseerd. Het verschil in het gedrag van het deeltje zou een ander soort herinnering aan de golf onthullen.
Dit theoretische artikel biedt wetenschappers op zijn minst een intrigerende nieuwe manier om naar bouwexperimenten te kijken om gravitatiegolven te bestuderen.
