Pulsar timing meet achtergrondkoor van lage zwaartekrachtsgolven

Een mijlpaal in de sterrenkunde: voor het eerst hebben astronomen sporen gevonden van zwaartekrachtsgolven met een extreem lage toonhoogte. Die ontstaan als superzware zwarte gaten in het hart van sterrenstelsels om elkaar draaien. De gebruikte meettechniek is een waardevolle aanvulling op aardse observatoria zoals de toekomstige Einstein Telescope.

Uit meer dan vijfentwintig jaar aan waarnemingen met de pulsar timing-techiek blijkt dat het heelal gevuld is met een murmerend achtergrondkoor van zwaartekrachtsgolven van extreem lage toonhoogtes. Dat maakten het Europese samenwerkingsverband EPTAGW en de Australische, Chinese en Noord-Amerikaanse teams PPTA, CPTA en NANOGrav bekend op 29 juni.

De zwaartekrachtsgolven die EPTAGW en hun collega’s hebben gemeten zijn zó laag van toonhoogte, dat ze alleen kunnen ontstaan door langzaam om elkaar draaiende superzware zwarte gaten. Dat zijn exemplaren van miljoenen malen zo zwaar als de zon die in het centrum van sterrenstelsels zoals onze Melkweg staan.

Pulsar timing

Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in het weefsel van het heelal, net zoals de golven in een vijver waar je keitjes in gooit. Ze ontstaan wanneer enorme massa’s zoals zwarte gaten om elkaar draaien of zelfs botsen. Zwaartekrachtsgolven geven daarom een prachtige blik op de meest extreme gebeurtenissen in het heelal.

Pulsar timing meet zwaartekrachtsgolven door het nauwkeurig en langdurig volgen van pulsars. Dat zijn uitgedoofde sterren die zeer regelmatig knipperen terwijl ze om hun as tollen. Door passerende zwaartekrachtsgolven zien we op aarde dat knippertempo veranderen. Dankzij dat effect konden de sterrenkundigen van EPTAGW tientallen van zulke kosmische klokken gebruiken als een zwaartekrachtgolfdetector.

Muziekstuk

Aardse observatoria zoals de Amerikaanse LIGO, de Europese Virgo en de toekomstige Einstein Telescope kunnen alleen zwaartekrachtsgolven meten die worden veroorzaakt door veel kleinere zwarte gaten en neutronensterren met een paar keer de massa van de zon. Wel kunnen zulke interferometers veel beter inzoomen op de bronnen van zwaartekrachtsgolven.

Mede-onderzoeker Gemma Janssen van het Nederlandse instituut ASTRON noemt de vondst in de Volkskrant een compleet nieuwe manier om het heelal te bekijken: “Je zou kunnen zeggen dat LIGO alleen de hoge tonen van een dwarsfluit kan horen. Wij luisteren naar de lage tonen van een contrabas. Om het hele muziekstuk te doorgronden, heb je natuurlijk alles nodig.”