Zwaartekrachtsgolf

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

In de algemene relativiteitstheorie, een deelgebied van de natuurkunde, is een zwaartekrachtsgolf of gravitatiegolf een fluctuatie in de kromming van de ruimtetijd, die zich van de bron af naar buiten voortplant als een golf. In 1916 stelde Albert Einstein op basis van zijn theorie van de algemene relativiteitstheorie het bestaan van zwaartekrachtsgolven voor.

Zwaartekrachtsgolven vervoeren energie als zwaartekrachtsstraling of gravitatiestraling.

Definitie[bewerken]

De algemene relativiteitstheorie voorspelt niet alleen dat de ruimte gekromd is, maar ook dat er zwaartekrachtsgolven bestaan. Zwaartekrachtsgolven ontstaan door een (impuls)-beweging van een hemellichaam, doordat de gekromde ruimte verandert rondom het bewegende hemellichaam. Daarnaast kunnen zwaartekrachtsgolven optreden bij een grote explosie in het heelal. Zwaartekrachtsgolven zijn naar verwachting transversaal, al voorspellen sommige theorieën daarnaast ook longitudinale golven.

Indien zwaartekrachtsgolven kunnen optreden bij grote explosies in het heelal, dan vertaalt zich dat in een tijdelijke ruimtevermeerdering, die waargenomen kan worden door tijdelijke grotere spectrale roodverschuivingen. Omgekeerd krijg je bij implosies ruimtevermindering, wat zich vertaalt in spectrale blauwverschuiving.

Zwaartekrachtsgolven worden ook opgewekt als twee zeer zware hemellichamen op korte afstanden om elkaar heen draaien. Dat kunnen dubbelstersystemen zijn, bestaande uit witte dwergen, neutronensterren of zwarte gaten. Volgens Einsteins theorie zenden zulke sterren zwaartekrachtsgolven uit, waardoor energie 'weglekt' en het sterrenpaar steeds nauwer om elkaar heen gaan draaien.

Meten van zwaartekrachtsgolven[bewerken]

Zwaartekrachtsgolven werden voor het eerste indirect waargenomen in 1974 door Russell Hulse en Joseph Taylor. Met de radiotelescoop van Arecibo in Puerto Rico namen ze twee neutronensterren waar, nu bekend als de Hulse-Taylor binaire pulsar, die om elkaar heen draaiden. Omdat de ene component een pulsar was en als klok kon worden gebruikt, waren nauwkeurige metingen van de baan van de twee objecten mogelijk. Op deze manier kon worden vastgesteld dat de baan van de twee objecten kromp, in overeenstemming met Einsteins voorspellingen. Dit is alleen mogelijk als er energie 'weglekt' door de emissie van zwaartekrachtsgolven.

Vanaf dat moment worden op verschillende locaties door wetenschappers pogingen gedaan om deze zwaartekrachtsgolven direct te meten, iets wat tot nu toe nog niemand is gelukt.

Virgo[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Virgo (zwaartekrachtgolvendetector) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In 2007 trad de Virgo-detector in werking, een constructie die op het terrein ligt van het European Gravitational Observatory (EGO) bij het Italiaanse Cascina. In deze detector wordt een laserstraal opgesplitst in twee bundels. Een bundel gaat rechtdoor een drie kilometer lange buis in. De andere gaat haaks op de eerste door een andere drie kilometer lange buis. Aan het einde van de buizen worden de bundels middels spiegels teruggekaatst.

Zonder zwaartekrachtsgolven zullen de bundels elkaar op hetzelfde punt tegenkomen en is het resultaat neutraal. Bij een zwaartekrachtsgolf wordt een buis tijdelijk iets langer, terwijl de andere buis iets korter wordt. Het gevolg is dat de laserstralen niet meer samenvallen wat door het instrument wordt gedetecteerd.

LIGO[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie LIGO voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In de Verenigde Staten wordt een vergelijkbaar experiment uitgevoerd, het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Net als bij Virgo maakt LIGO gebruik van een interferometer, bestaande uit twee haaks op elkaar staande buizen van vier kilometer lang. Aanwezigheid van zwaartekrachtsgolven verstoren het interferentiepatroon van de lasers en maken de golven meetbaar.

LISA[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie LISA voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is een gezamenlijk project van de ruimtevaartorganisaties NASA en ESA voor een toekomstige detector in de ruimte. Het principe achter LISA is dezelfde als bij Virgo en LIGO, namelijk zwaartekrachtsgolven meten met een interferometer. Alleen gaat LISA gebruik maken van drie satellieten in de ruimte op onderlinge afstanden van vijf miljoen kilometer. Elke satelliet heeft twee lasersystemen die onder een hoek staan van 60 graden.

MiniGrail[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie MiniGrail voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Ook in Nederland houden wetenschappers zich bezig met de detectie van zwaartekrachtsgolven. Aan de universiteit van Leiden wordt in het Kamerlingh Onnes Laboratorium gewerkt aan een uiterst gevoelige bolvormige antenne die zwaartekrachtsgolven kan waarnemen. De naam van het project is MiniGrail. Deze antenne is zo gevoelig, dat trillingen met een uitwijking van ongeveer 10−20 meter kunnen worden gedetecteerd.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  • Hekkenberg, Ans (2013). Op zoek naar Einsteinsgolven. NWT Magazine 81 (4): 37-41 .
  • Bergia, Silvio, Einstein – Kwanta en relativiteit: revolutie in de natuurkunde, Natuur & Techniek, Veen magazines, Amsterdam, 2000, 136-138 ISBN 90-7698803x.