Er zoemt een ruis van zwaartekrachtsgolven door het heelal

N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.

Sterrenkunde Talloze om elkaar heen draaiende zwarte gaten veroorzaken een ruis van zwaartekrachtsgolven. Dat biedt een nieuwe blik op het heelal.

Dorine Schenk

29 juni 2023 om 8:50

Leestijd 3 minuten

De radiotelescoop van Effelsberg in Duitsland, niet ver van Bonn. Deze telescoop maakt deel uit van de European Pulsar Timing Array, die meedeed aan het onderzoek. — **De radiotelescoop** van Effelsberg in Duitsland, niet ver van Bonn. Deze telescoop maakt deel uit van de European Pulsar Timing Array, die meedeed aan het onderzoek. Foto N. Tacken/MPIfR

Ze durven nog niet te spreken van een ontdekking, maar astrofysici hebben wel „heel sterke aanwijzingen” gevonden dat er een constante achtergrondruis van zwaartekrachtsgolven aanwezig is in het heelal. De aanwijzingen komen van onafhankelijke onderzoeksgroepen die gebruikmaken van radiotelescopen in de Verenigde Staten, Australië, China, India en Europa. Ze presenteerden donderdag hun resultaten in meerdere wetenschappelijke artikelen die gelijktijdig verschenen op de preprintserver ArXiv.

Deze ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven kunnen een nieuwe blik bieden op het heelal. Dankzij de eerste zwaartekrachtsgolven kunnen sterrenkundigen niet alleen naar het heelal kijken met telescopen, maar er ook naar luisteren, met zwaartekrachtsgolfdetectoren. De ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven breiden dat gehoor uit.

Achtergrondruis

Zwaartekrachtsgolven zijn minieme trillingen van de ruimtetijd, die bijvoorbeeld ontstaan als twee zwarte gaten of compacte neutronensterren botsen. Die trillingen verspreiden zich door het heelal zoals rimpelingen in een vijver als je er een steen in gooit.

Eind 2015 maten de Amerikaanse LIGO-detectoren voor het eerst een zwaartekrachtsgolf, 100 jaar nadat Albert Einstein hun bestaan voorspelde. De zwaartekrachtsgolven die LIGO en andere detectoren, zoals Virgo in Italië, sindsdien hebben waargenomen, duren een fractie van een seconde, hebben een hoge frequentie (enkele tot tienduizend hertz) en worden voornamelijk uitgezonden door botsende zwarte gaten die enkele tientallen malen zwaarder zijn dan de zon.

De nieuwe resultaten gaan over ruimtetijdtrillingen met veel lagere frequenties, van enkele miljardste hertz, die voor een constante achtergrondruis zorgen. Die zijn waarschijnlijk afkomstig van om elkaar draaiende superzware zwarte gaten. Omdat dit een traag proces is en omdat er waarschijnlijk talloze van deze superzware paren zijn, veroorzaken ze een constante ruis van zwaartekrachtsgolven in het heelal.

Kosmische klokken

Zwaartekrachtsgolven met een ultralage frequentie hebben extreem lange golflengtes. Ze strekken zich uit over tienduizenden miljarden kilometers (lichtjaren). Daarom kun je ze niet meten met zwaartekrachtsgolfdetectoren van enkele kilometers lang, zoals LIGO. De astrofysici gebruiken een andere techniek waarbij ze met radiotelescopen pulsars in de gaten houden, snel ronddraaiende sterren.

Een van de groepen die hiermee werken is de European Pulsar Timing Array (EPTA), waar de Westerbork radiotelescoop onderdeel van is. „Bij EPTA hebben we 10 tot 25 jaar lang gemiddeld eens per maand naar 25 pulsars gekeken”, vertelt Emma van der Wateren, promovendus bij het Nederlands Instituut voor Radioastronomie Astron en de Radboud Universiteit. „Die pulsars bevinden zich verspreid over de Melkweg. Dat geeft ons een zwaartekrachtsgolfdetector ter grootte van de Melkweg – groot genoeg voor de ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven.”

Pulsars zijn uitgedoofde zware sterren die razendsnel om hun as draaien terwijl ze een bundel radiostraling uitzenden, als een kosmische vuurtoren. Elke keer als die radiobundel langs de aarde zwiept, detecteren radiotelescopen een radiopuls. Die pulsen zijn heel regelmatig, als het tikken van een kosmische klok, omdat de snelheid waarmee pulsars ronddraaien extreem stabiel is.

Omdat we zoeken naar zwaartekrachtsgolven met een periode van weken of jaren, moeten we lang meten

Gemma Janssen astrofysicus

Om zwaartekrachtsgolven te detecteren zoeken astrofysici naar een kleine afwijking in de pulsen van zogeheten millisecondepulsars: pulsars met elke paar milliseconden een radiopuls. Een langsdeinende zwaartekrachtsgolf zorgt er namelijk voor dat de ruimtetijd – en dus de afstand – tussen de aarde en pulsar tijdelijk een piepklein beetje krimpt en uitrekt, slechts een meter per 9,5 biljoen kilometer. Daardoor komen de radiopulsen iets eerder of later aan.

„Omdat we zoeken naar zwaartekrachtsgolven met een periode van weken of jaren, moeten we lang meten”, vertelt astrofysicus Gemma Janssen, eveneens Astron en de Radboud Universiteit. „Het is detectie in slow motion.”

Veelbelovend

Maar nu is het zover. Janssen: „We hebben heel sterke aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een achtergrondruis van ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven.”

De andere onderzoeksgroepen komen met vergelijkbare resultaten. De Amerikaanse samenwerking NANOGrav verzamelde in 15 jaar metingen van 68 pulsars. De Australische Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) heeft 18 tot 21 jaar data van 32 pulsars. En de Chinese Pulsar Timing Array (CPTA) keek 41 maanden naar 57 pulsars. NANOGrav is iets zekerder dan EPTA en spreekt over „zeer sterk bewijs”. Maar ook zij vinden het nog te vroeg om over een ontdekking te spreken.

Het is een fantastische alternatieve manier om naar het heelal te kijken

Chris Van Den Broeck Universiteit Utrecht

„Het ziet er veelbelovend uit”, zegt Chris Van Den Broeck, van de Universiteit Utrecht, onderzoeksinstituut Nikhef en betrokken bij de Virgo- en LIGO-detectoren. „Ik denk dat ze binnenkort echt van een ontdekking kunnen spreken. Dat zou interessant zijn, want het is een fantastische alternatieve manier om naar het heelal te kijken met zwaartekrachtsgolven.”

De eerste detectie van ultralaagfrequente zwaartekrachtsgolven is namelijk pas het begin. Van der Wateren: „Dan kunnen we ze gaan gebruiken om bijvoorbeeld meer te leren over het ontstaan van superzware zwarte gaten en de sterrenstelsels waarin ze huizen.”

Manchester City-coach Pep Guardiola zit met zijn armen over elkaar in de dug-out. Blik op het veld, tegelijkertijd druk in gesprek met assistent Juanma Lillo. Hij oogt ontspannen, met eindelijk weer zicht op een zege na vijf nederlagen op rij. City leidt in het eigen Etihad Stadium met 3-0 tegen Feyenoord in de Champions League. De 74ste minuut loopt, als de spanning ver te zoeken is. City hoeft niet meer, waar Feyenoord de indruk maakt de schade te willen beperken.

Guardiola heeft drie van zijn belangrijke spelers zes minuten eerder gewisseld – Phil Foden, Nathan Aké en Ilkay Gündogan. Ongetwijfeld om ze rust te geven met het oog op de clash tegen Liverpool FC, komende zondag op Anfield. En waarschijnlijk om het risico op het wegvallen van spelers te verminderen, dit seizoen heeft City te maken met veel blessures.

City was jarenlang de norm, met bijna perfect uitgevoerd voetbal, onder regie van Kevin De Bruyne en Bernardo Silva in combinatie met spits Erling Haaland. Vier keer op rij landskampioen, winnaar van de Champions League in 2023. Maar dit seizoen is anders. De ploeg is in fases kwetsbaar. In de Premier League heeft City al acht punten achterstand op Liverpool, gecoacht door Arne Slot. Zaterdag werd thuis nog met 4-0 verloren van Tottenham Hotspur.

Gebutst vertrouwen

De ontmoeting met Feyenoord lijkt voor City de ideale wedstrijd om het gebutste vertrouwen terug te winnen. Volgens dat scenario voltrekt City-Feyenoord zich lang, dinsdagavond in het oostelijk deel van Manchester. City combineert soepel, drukt Feyenoord ver naar achteren, doelman Timon Wellenreuther redt een paar keer knap.

Feyenoord krijgt gaandeweg wel meer controle. Het heeft langer balbezit, creëert een kansje via aanvaller Igor Paixão. Maar City blijft gevaarlijk en kort voor rust valt de goal die niet kan uitblijven: Quinten Timber raakt Haaland onhandig en de Noor benut zelf de strafschop (1-0). Na de pauze loopt City uit door een schot van Gündogan en opnieuw Haaland, via een fraaie, razendsnelle aanval. 3-0 na 53 minuten.

Manchester City-spits **Erling Haaland** (in het midden) viert zijn 3-0 met Phil Foden en Matheus Nunes.

De wedstrijd zit dan op slot. Ogenschijnlijk, want de wissels die rond de zeventigste minuut plaatsvinden zullen van groot belang zijn. En niet alleen die bij City.

Bij Feyenoord komt de talentvolle centrumverdediger Thomas Beelen voor linksback Gijs Smal, die het lastig heeft. Hancko, een van de pijlers van de ploeg, verhuist van de as naar de linkerflank. Rechtsback Bart Nieuwkoop wordt vervangen door Jordan Lotomba, die terug is na een blessure. Ook beoogde basisspits Santiago Giménez maakt zijn rentree na een hamstringkwetsuur, hij valt in voor Julián Carranza.

Deze omzettingen van coach Brian Priske zorgen ervoor dat Feyenoord – met de power van linksback Hancko en rechtsback Lotomba – meer dynamiek heeft op de flanken. En in de spits zorgt Giménez voor meer diepgang dan de vrij statische Julián Carranza.

Giménez is nog maar net in het veld, als hij meteen een bal in de diepte vraagt. Dat Feyenoord met drie goals achter staat, is niet aan Giménez af te lezen. Hij maakt een gretige indruk.

Woede en irritatie

De Mexicaan sprint in de 74ste minuut weg, als Hancko vanaf links achterin een lange bal naar voren geeft. City neemt simpel over, lijkt te controleren. Verdediger Josko Gvardiol krijgt de bal in de as. Hij wordt, en dat is cruciaal, meteen onder druk gezet door Giménez. Daardoor speelt Gvardiol een moeilijke, hoge bal terug op doelman Ederson.

Hadj Moussa, een 22-jarige talentvolle Algerijns-Franse rechtsbuiten, ziet dat het fout gaat bij City. Hij sprint meteen achter de bal aan, neemt die perfect aan, direct mee in de loop, omspeelt de uitkomende keeper Ederson en mikt vanuit een lastige, krappe hoek zonder te kijken binnen: 3-1, klokslag 74 minuten.

Feyenoord-aanvaller **Hadj Moussa** is op weg naar de 3-1.

Woede, irritatie, zorgen – het is allemaal zichtbaar bij Guardiola. Secondenlang kijkt hij naar de grond, terwijl hij zijn handen boven op zijn hoofd houdt.

Feyenoord speelt met meer durf en overtuiging, jaagt op City. Onderlinge duels worden gewonnen, waar City aarzelt, broos als het vertrouwen is. Feyenoord bouwt geduldig op, probeert met korte passes de tegenstander te lokken, zo ruimtes te creëren en de creatieve pingelaar Moussa in stelling te brengen.

In de 81ste minuut komt hij aan de bal, rechts voorin, loopt zich dan vast. Ook dat is Moussa. Maar Feyenoord blijft hoge pressie uitoefenen. Weer geeft Gvardiol een moeilijke pass, Timber en zijn kompaan Hwang In-beom duiken erop, nemen over.

Het spel wordt verplaatst naar links, naar Paixão. Die slingert de bal naar de tweede paal, waar Lotomba opduikt. Die trekt de bal terug en gaat wonderlijk via de paal en het linkerbeen van Ederson richting de borst van de inlopende Giménez: 3-2 na 81 minuten en 12 seconden.

Guardiola klapt een paar keer, lijkt zijn defensie wakker te willen schudden. Spanning – of is het angst? – is te zien in zijn ogen.

Invaller **Santiago Gimenez** nadat hij de 3-2 heeft gemaakt.

Loeren op uitbraak

Feyenoord voetbalt zonder vrees. Lotomba ontdoet zich enkele keren soepel van Haaland, een beer van een aanvaller. Er is nog even tijd voor Feyenoord, in een wedstrijd die allang als verloren beschouwd werd.

Na 88 minuten en 30 seconden begint het met de onderschepping van Hwang, als twee City-spelers elkaar in de weg lopen bij de middenlijn. Feyenoord-spelers loeren meteen op een uitbraak – waar liggen de ruimtes?

Er lijkt dan nog weinig aan de hand voor City, zoals eigenlijk de hele avond. Hwang kopt naar invaller Ramiz Zerrouki, die passt naar Moussa, die nog op eigen helft staat, zeker tien meter voor de middenlijn.

Voorin is Paixão dan aan het zwerven. De Braziliaanse linksbuiten duikt opeens diep in de rechterzone op. Daar ligt ruimte omdat Moussa zijn directe tegenstander – linksback Gvardiol – heeft weggelokt. Moussa ziet de loopactie van Paixão, geeft een splijtende bal tussen Gvardiol en Jack Grealish door.

De defensieve organisatie bij City is ontluisterend, zoveel ruimte krijgt Paixão. Noodgedwongen komt Ederson ver uit zijn doel om de aanvaller af te stoppen, meters buiten zijn strafschopgebied. Maar Paixão is hem net voor, springt iets hoger, kopt de bal vooruit, neemt hem mee, is de keeper kwijt, maar staat in een moeilijke hoek schuin rechts voor de goal.

Paixão heeft even tijd, kijkt, en doet wat je bijna niet ziet aankomen. Hij geeft een puike voorzet op de onvermoeibare, opstomende linksback Hancko. Die kopt in een leeg doel, langs de laatste overgebleven verdediger Rico Lewis. 88 minuten en 44 seconden en het staat 3-3.

Feyenoord-verdediger **Hancko** kopt kort voor tijd de 3-3 binnen.

In zijn enthousiasme valt Hancko even als hij naar het uitvak rent met 4.000 Feyenoord-fans. Het vak ernaast houden City-fans handen voor hun mond of ogen. De ontgoocheling compleet. Guardiola plukt even aan zijn neus, drinkt wat water.

Verbijstering is te zien bij Haaland – bij wie niet eigenlijk. Maar het zit zo dicht bij elkaar. Twee minuten later schiet Grealish via het been van Zerrouki nog op de paal – net niet de 4-3 dus.

Invaller De Bruyne staat druk te wijzen, met 94 minuten en 30 seconden op de klok. Dáár moet je lopen, zegt hij tegen een ploeggenoot, in een poging een opening te vinden in de Feyenoord-defensie. Maar verdediger Gernot Trauner poeiert de bal richting de tribune voor Haaland eraan kan komen.

Guardiola dirigeert zijn spelers in de laatste seconden met wilde armgebaren naar voren. En geeft dan, als na 96 minuten is afgefloten, vierde official Marcel Birsan met een zuinig lachje, waarin ongeloof verscholen zit, als eerste een hand.

Luister naar

Achtergrondruis

Kosmische klokken

Veelbelovend

Related Posts

Plastic is overal. Toch blijven oliereuzen maar produceren

Hoe Feyenoord in 14 minuten en 44 seconden een miraculeuze comeback maakte bij Manchester City

Gebutst vertrouwen

Woede en irritatie

Loeren op uitbraak

Opinie | Kröller-Müller