ADVERTENTIE

Gravitatiegolfachtergrond (GWB): een doorbraak in directe detectie

WETENSCHAPPENFYSICAGravitatiegolfachtergrond (GWB): een doorbraak in directe detectie

De zwaartekrachtsgolf werd in 2015 voor het eerst rechtstreeks gedetecteerd na een eeuw voorspelling door de algemene relativiteitstheorie van Einstein in 1916. Maar de continue, laagfrequente zwaartekrachtgolfachtergrond (GWB) waarvan wordt aangenomen dat deze in het hele universum aanwezig is, heeft tot nu toe niet direct gedetecteerd. De onderzoekers van het North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) hebben onlangs de detectie gerapporteerd van een laagfrequent signaal dat 'Gravitational-wave Background (GWB)' zou kunnen zijn.   

De algemene relativiteitstheorie, voorgesteld door Einstein in 1916, voorspelt dat grote kosmische gebeurtenissen zoals supernova's of samensmelting van zwarte gaten zwaartekrachtgolven moeten produceren die zich door het heelal voortplanten. De aarde zou de hele tijd overspoeld moeten worden met zwaartekrachtgolven uit alle richtingen, maar deze worden niet opgemerkt omdat ze extreem zwak worden tegen de tijd dat ze de aarde bereiken. Het duurde ongeveer een eeuw om een ​​directe detectie van zwaartekrachtrimpelingen te maken toen het LIGO-Virgo-team in 2015 erin slaagde zwaartekrachtgolven te detecteren die werden geproduceerd door de samensmelting van twee zwarte gaten op een afstand van 1.3 miljard lichtjaar van de aarde (1). Dit betekende ook dat de gedetecteerde rimpelingen drager waren van informatie over de kosmische gebeurtenis die ongeveer 1.3 miljard jaar geleden plaatsvond.  

Sinds de eerste detectie in 2015 is een flink aantal zwaartekracht rimpelingen zijn tot op heden opgenomen. De meeste waren het gevolg van de samensmelting van twee zwarte gaten, weinigen waren het gevolg van de botsing van twee neutronensterren (2). Alle tot nu toe gedetecteerde zwaartekrachtsgolven waren episodisch, veroorzaakt door een dubbel paar zwarte gaten of neutronensterren die spiralen en samensmelten of botsen met elkaar (3) en waren van hoge frequentie, korte golflengte (in milliseconden bereik).   

Aangezien er echter een groot aantal bronnen van zwaartekrachtsgolven in het universum mogelijk is, kunnen veel zwaartekrachtsgolven samen van over het hele universum continu door de aarde gaan en een achtergrond of geluid vormen. Dit moet continu, willekeurig en laagfrequente kleine golf zijn. Geschat wordt dat een deel ervan zelfs afkomstig kan zijn van de oerknal. Genaamd Gravitational-wave Background (GWB), dit is tot nu toe niet gedetecteerd (3).  

Maar we staan ​​misschien aan de vooravond van een doorbraak - de onderzoekers van het North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) hebben detectie gerapporteerd van een laagfrequent signaal dat 'Gravitational-wave Background (GWB) zou kunnen zijn. (4,5,6).  

In tegenstelling tot het LIGO-virgo-team dat zwaartekrachtgolven detecteerde van individuele paren zwarte gaten, heeft het NANOGrav-team gezocht naar aanhoudende, ruisachtige, 'gecombineerde' zwaartekrachtsgolven die over een zeer lange periode zijn gecreëerd door talloze zwarte gaten in het universum. De focus lag op 'zeer lange golflengte' gravitatiegolven aan de andere kant van het 'zwaartekrachtgolfspectrum'.

In tegenstelling tot licht en andere elektromagnetische stralingen, kunnen zwaartekrachtsgolven niet rechtstreeks met een telescoop worden waargenomen.  

Het NANOGrav-team koos voor milliseconde pulsars (MSP's) die zeer snel roteren met stabiliteit op lange termijn. Er komt een stabiel lichtpatroon uit deze pulsers dat door de zwaartekrachtsgolf moet worden veranderd. Het idee was om een ​​ensemble van ultrastabiele millisecondenpulsars (MSP) te observeren en te monitoren op gecorreleerde veranderingen in de timing van de aankomst van de signalen op de aarde, waardoor een zwaartekrachtgolfdetector van "sterrenstelselformaat" in ons eigen melkwegstelsel werd gecreëerd. Het team creëerde een pulsar-timingarray door 47 van dergelijke pulsars te bestuderen. De Arecibo Observatory en de Green Bank Telescope waren de radiotelescopen die voor de metingen werden gebruikt.   

De tot nu toe verkregen dataset omvat 47 MSP's en meer dan 12.5 jaar observaties. Op basis hiervan is het niet mogelijk om afdoende directe detectie van GWB te bewijzen, hoewel de gedetecteerde laagfrequente signalen dat in hoge mate aangeven. Misschien zou de volgende stap zijn om meer pulsars in de array op te nemen en ze voor een langere periode te bestuderen om de gevoeligheid te vergroten.  

Om het universum te bestuderen, waren wetenschappers uitsluitend afhankelijk van elektromagnetische straling zoals licht, röntgenstraling, radiogolven enz. Omdat ze volledig los stonden van elektromagnetische straling, opende de detectie van zwaartekracht in 2015 een nieuwe kans voor wetenschappers om hemellichamen te bestuderen en de universum, vooral die hemelse gebeurtenissen die onzichtbaar zijn voor elektromagnetische astronomen. Verder hebben gravitatiegolven, in tegenstelling tot elektromagnetische straling, geen interactie met materie en reizen ze daarom vrijwel ongehinderd met informatie over hun oorsprong en bron zonder enige vervorming.(3)

Detectie van Gravitational-wave Background (GWB) zou de mogelijkheid verder verbreden. Het kan zelfs mogelijk worden om de golven te detecteren die door de oerknal worden gegenereerd, wat ons kan helpen de oorsprong van het universum op een betere manier te begrijpen.

***

Referenties:  

  1. Castelvecchi D. en Witze A., 2016. Einsteins zwaartekrachtsgolven eindelijk gevonden. Natuurnieuws 11 februari 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  
  1. Castelvecchi D., 2020. Welke 50 zwaartekrachtsgolfgebeurtenissen onthullen over het heelal. Natuurnieuws gepubliceerd op 30 oktober 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  
  1. LIGO 2021. Bronnen en soorten zwaartekrachtgolven. Online verkrijgbaar bij https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Betreden op 12 januari 2021. 
  1. NANOGrav-samenwerking, 2021. NANOGrav vindt mogelijke 'eerste hints' van laagfrequente zwaartekrachtgolfachtergrond. Online verkrijgbaar bij http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Betreden op 12 januari 2021 
  1. NANOGrav-samenwerking 2021. Persbriefing - Op zoek naar de zwaartekrachtgolfachtergrond in 12.5 jaar NANOGrav-gegevens. 11 januari 2021. Online verkrijgbaar bij http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  
  1. Arzoumanian Z., et al 2020. De NANOGrav 12.5 jaar dataset: zoeken naar een isotrope stochastische zwaartekrachtgolfachtergrond. The Astrophysical Journal Letters, Volume 905, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***

Umes Prasad
Umes Prasad
Redacteur, Wetenschappelijk Europees

Schrijf je in voor onze Nieuwsbrief!

Om op de hoogte te blijven van het laatste nieuws, aanbiedingen en speciale aankondigingen.

- Advertentie -

Meest populaire artikelen

Ontdekking van een nieuw menselijk eiwit dat functioneert als RNA-ligase: eerste rapport van zo'n eiwit...

RNA-ligasen spelen een belangrijke rol bij RNA-reparatie,...

Status van universeel COVID-19-vaccin: een overzicht

De zoektocht naar een universeel COVID-19-vaccin, effectief tegen alle...
- Advertentie -
97,921FansLike
62,750volgersVolg
1,904volgersVolg
31abonneesInschrijven