Wetenschappers hebben de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein opnieuw gevalideerd met de detectie van de krachtigste zwaartekrachtgolf tot nu toe, genaamd GW250114. Deze gebeurtenis, die voortkomt uit de botsing van twee zwarte gaten met een massa van 30 zonsmassa op 1,3 miljard lichtjaar afstand, levert het sterkste bewijs tot nu toe ter ondersteuning van Einsteins eeuwenoude theorie.
Rigoureuze tests door ongeëvenaarde duidelijkheid
De zwaartekrachtgolf werd op 14 januari 2025 gedetecteerd door de in de VS gevestigde Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Wat dit signaal onderscheidt is de uitzonderlijke helderheid – ongeveer drie keer scherper dan de historische detectie uit 2015 die voor het eerst zwaartekrachtgolven bevestigde. Deze verbeterde precisie maakte een grondiger test van Einsteins voorspellingen mogelijk dan ooit tevoren.
De verbeteringen in de detectorgevoeligheid, bereikt door tien jaar van upgrades die de ruis van bronnen zoals seismische activiteit tot een minimum beperken, waren van cruciaal belang. De instrumenten waren in staat vervormingen in de ruimte-tijd te meten die 700 biljoen keer kleiner waren dan de breedte van een mensenhaar.
Het zwarte gat “Ringdown” onthult verdere bevestiging
Na de fusie “belde het nieuw gevormde zwarte gat kortstondig naar beneden”, trillend als een aangeslagen bel. Deze fase zendt verschillende zwaartekrachtgolfpatronen (“tonen”) uit die de massa en spin van het zwarte gat coderen. In GW250114 ontdekten onderzoekers twee primaire tonen voorspeld door de algemene relativiteitstheorie, waarbij beide metingen perfect op één lijn lagen, wat de nauwkeurigheid van de theorie versterkte.
Voor het eerst identificeerden wetenschappers ook een subtiele ‘boventoon’, voorspeld door de vergelijkingen van Einstein, die aan het begin van het gerinkel verscheen. Deze bevestiging versterkt het bewijs voor de algemene relativiteitstheorie verder. Elke discrepantie zou een herevaluatie van ons fundamentele begrip van de zwaartekracht hebben afgedwongen.
Hawking’s gebiedswet ook geverifieerd
Eerdere analyses van GW250114 bevestigden een andere belangrijke voorspelling: de gebiedswet van Stephen Hawking, die stelt dat het oppervlak van een zwart gat nooit kan krimpen. De gecombineerde oppervlakte van de oorspronkelijke zwarte gaten bedroeg ongeveer 93.000 vierkante kilometer (ongeveer de grootte van Oregon). De oppervlakte van het resulterende zwarte gat groeide tot 155.000 vierkante kilometer (dichter bij de grootte van Californië), in overeenstemming met de theorie van Hawking.
De toekomst van zwaartekrachtonderzoek
Ondanks het aanhoudende succes van de algemene relativiteitstheorie erkennen natuurkundigen dat deze waarschijnlijk onvolledig is. De theorie slaagt er niet in om donkere materie en donkere energie te verklaren, of te verzoenen met de kwantummechanica. De hoop is dat toekomstige detecties van zwaartekrachtgolven subtiele afwijkingen van Einsteins voorspellingen aan het licht zullen brengen, wat wijst op nieuwe natuurkunde.
Detectoren van de volgende generatie, zoals de geplande Einstein Telescope in Europa en de Cosmic Explorer in de VS, zullen tien keer gevoeliger zijn. Ze zullen golven met een lagere frequentie van massievere zwarte gaten detecteren en geheel nieuwe klassen van deze kosmische objecten onderzoeken. De European Laser Interferometer Space Antenna (LISA), die in 2035 wordt gelanceerd, zal zwaartekrachtsgolven van superzware zwarte gaten waarnemen, waardoor mogelijk tientallen tonen kunnen worden onthuld binnen één enkele fusiegebeurtenis.
“We leven in een regime waarin we niet genoeg gegevens hebben… Zodra LISA online is, zullen we overweldigd worden.”
Met voortdurende financiering belooft de toekomstige zwaartekrachtgolfwetenschap verdere inzichten in de aard van de zwaartekracht en het universum te ontsluiten.
