Volledig scherm
© REUTERS

Wetenschap kijkt reikhalzend uit naar bewijs zwaartekrachtsgolf

Albert Einstein krijgt honderd jaar later zijn gelijk: zwaartekrachtsgolven bestaan. Wetenschappers van nu kunnen voor het eerst bewijzen wat de geniale natuurkundige in 1915 in theorie had uitgewerkt: zwaartekracht is een vervorming van ruimte en tijd.

Quote

We krijgen er een heel nieuw zintuig bij en fantastische nieuwe inzichten

Jo van den Brand (hoogleraar)

Simultaan in Washington D.C. en in het Italiaanse Cascina maken wetenschappers donderdagmiddag bekend dat ze bewijs hebben waargenomen voor het bestaan van deze zogeheten zwaartekrachtsgolven, zo is de verwachting.

Ook is er een evenement op het instituut Nikhef in Amsterdam. Dat was bij het onderzoek betrokken, evenals de Vrije Universiteit in Amsterdam en de Radboud Universiteit in Nijmegen. Albert Einstein opperde het bestaan van de zwaartekrachtsgolven al in 1916, maar alleen in theorie was berekend dat de golven zouden moeten bestaan. Hard bewijs ontbrak tot nu toe.

Route Dascha

Klik op afbeelding voor grotere versie

Waarom is dit groot nieuws?

Wetenschappers zijn enthousiast over het nieuws omdat ze met zwaartekrachtgolven op een hele nieuwe manier naar het heelal kunnen kijken. Dan zien ze dingen die tot nu toe verborgen bleven. Zwarte gaten bijvoorbeeld, die geen licht uitzenden en al het licht opslokken. De golven bevatten informatie over de bron ervan, bijvoorbeeld de oerknal, en daarmee over het ontstaan van alles. Op deze manier kunnen wetenschappers misschien ook een beter beeld krijgen over het ontstaan van het heelal, 13,7 miljard jaar geleden.

Wat is er ontdekt?

De Duits-Zwitsers-Amerikaanse geleerde zorgde met zijn algemene relativiteitstheorie voor een andere kijk van de mensheid op het heelal. Hij formuleerde de 'ruimtetijd', beschrijft dat de ruimte zich kromt rond voorwerpen van wisselende zwaarte. Het heelal zou daardoor rekken, krimpen en buigen. De jongste ontdekking leidt niet tot een volledige verklaring van het fenomeen zwaartekracht maar natuurkundigen en astronomen zijn toch door het dolle heen.

Met de zwaartekrachtsgolven wordt aangetoond dat het universum inderdaad geen stijve, starre constructie is maar beweegt als gevolg van door massa veroorzaakte minieme trillingen. Golfjes die de zwaartekracht maakt in de ruimtetijd. ,,Dit is absoluut spectaculair'', zegt hoogleraar natuurkunde Jo van den Brand, verbonden aan de Vrije Universiteit en instituut Nikhef en nauw betrokken bij het onderzoek. ,,Het universum is gemaakt van materie, je ziet overal deeltjes. Maar het is ook gemaakt van ruimte en tijd. Een van de grote inzichten van Einstein was dat ruimte en tijd één geheel vormen.'' Dat wordt ruimtetijd genoemd. ,,Die kun je in trilling brengen, je kunt ruimte en tijd laten krommen.''

Hoe ontstaan zwaartekrachtsgolven?
Daarvoor zijn heftige gebeurtenissen nodig waarbij enorm veel energie vrijkomt. Schokgolven die bijvoorbeeld vrijkomen bij de ontploffing van een ster of in het geval van deze ontdekking, door een botsing van twee enorme zwarte gaten waaruit één nieuw zwart gat werd gevormd. Met een massa van 62 keer die van onze zon. In een zwart gat in de ruimte wordt materie samengedrukt waardoor er een enorme hoeveelheid massa in een ongelooflijk klein gebied wordt geconcentreerd. De zwaartekracht is in dit gebied zo sterk dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen.

Wat moeten we ons voorstellen bij zo'n golf?

De rimpelingen van zo'n schokgolf zijn onnoemelijk klein. ,,Daarbij vergeleken is een miljardste van een atoom al groot. Als je een druppel in het IJsselmeer gooit, stijgt het meer met de inhoud van die druppel. Dat is 100.000 keer meer dan wat wij kunnen meten. Wij kunnen bij wijze van spreken meten dat de afstand van de aarde tot de dichtstbijzijnde ster verandert met de dikte van een haar'', legt Van den Brand uit.

Hoe meet je die golven als ze zo klein zijn?

Hoe enorm ook de ontploffing bij hun ontstaan, de zwaartekrachtsgolven zijn een minieme trilling in het heelal. Het gebrek aan dergelijke apparatuur is de reden dat het 100 jaar heeft geduurd. Om de zwaartekrachtgolven te meten, zijn dus bijzonder nauwkeurige detectoren gebouwd. De bouw van twee meetpunten in Washington en Louisiana,  met elk een vier kilometer lange pijp en lasers, heeft daar verandering in gebracht. Het zogeheten Ligo-project zorgt voor de doorbraak. De meting is uiterst lastig. Een zwaartekrachtsgolf die de aarde passeert veroorzaakt een minieme tijdelijke vervorming. 

Route Dascha

Klik op afbeelding voor grotere versie

Wat hebben we aan deze ontdekking?

De ontdekking kan leiden tot een nieuwe vorm van sterrenkunde met onderzoek op basis van zwaartekrachtsgolven in plaats van licht. Studies die mogelijk extra informatie kunnen geven over de oorsprong en de ontwikkeling van het almaar uitdijende heelal. Met bijvoorbeeld de ontdekking van zwaartekrachtsgolven die na de oerknal nog altijd rondvliegen. Wetenschappers hopen nu dat de ontwikkeling van nog betere apparatuur voor de studie naar zwaartekrachtsgolven de aanzet zal zijn tot nog meer ontdekkingen. Het heelal kent nog vele mysteries. Met de ons bekende materie opgebouwd uit atomen kan slechts vijf procent van het universum worden verklaard. Het restant zou volgens gangbare theorieën bestaan uit zogeheten donkere materie (onbekende subatomaire deeltjes) en vooral donkere energie, een soort anti-zwaartekracht.

Van den Brand: ,,We zijn al duizenden jaren bezig om te kijken naar het heelal, naar de sterren. We hebben voor het eerst een heel nieuwe manier om dat te bekijken. Niet met licht, of röntgenstralen, of infrarood. Nu kunnen we kijken naar trillingen in de ruimte en tijd zelf. We krijgen er een heel nieuw zintuig bij en fantastische nieuwe inzichten.''

Higgs-deeltje

De Canadese wetenschapper Clifford Burgess lichtte vorige week al een tipje van de sluier op in een uitgelekt bericht. Volgens hem zijn de golven ontdekt na de botsing van twee zwarte gaten. Dat zou een enorme schokgolf hebben veroorzaakt, die werd gemeten door meerdere speciale detectoren op aarde. ,,Woohoo!'', was de conclusie van Burgess.

De zwaartekrachtsgolven zijn de heilige graal van de wetenschap. Eerder vonden Europese natuurkundigen het Higgs-boson, een miniem deeltje dat zo belangrijk is dat het ook wel het God-deeltje wordt genoemd. Dat leidde een jaar later tot de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Donkere materie, een ander fundamenteel mysterie, is nog niet gevonden.