Gebruiker:PieterJanR/Zwaartekrachtsgolf

In de algemene relativiteitstheorie, een deelgebied van de natuurkunde, is een zwaartekrachtsgolf 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.

Definitie

De algemene relativiteitstheorie voorspelt niet alleen dat de ruimte gekromd is maar ook dat er zwaartekrachtsgolven bestaan. Zwaartektachtsgolven ontstaan door de (inpuls) beweging van een hemellichaam doordat de gekromde ruimte veranderd rondom het bewegende hemellicaam. Door een zwaartekrachtsgolf gaat er een soort rimpeling door de ruimte heen. 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 zwartekrachtsgolven uit, waardoor energie 'weglekt' en het sterrenpaar steeds nauwer om elkaar heen gaan draaien.

Meten van zwaartekrachtsgolven

Zwaarte krachtsgolven 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 die om elkaar heen draaiden. Ze zagen dat de sterren steeds sneller hun baan voltooiden, een teken dat ze naar elkaar toe bewegen. 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

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

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

De Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is een gezamelijk 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

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

Bronnen, noten en/of referenties

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