email 297633 960 720 gray text sleepers02

dwarsliggers

Dwarsliggers ... noodzakelijk om het rechte spoor te houden
lees meer over onze filosofie

gebeten om te weten DRIE

Zwaartekrachtgolven

 zwaartekrachtgolvenEen artikel geschreven door gastauteur Ap Cloosterman ... voor wie belangstelling heeft voor wat zich afspeelt vér boven onze hoofden!

Ap 1

Twee zware hemellichamen (neuronensterren/zwarte gaten), die langs elkaar heen bewegen veroorzaken zwaartekrachtgolven (foto: NASA/GSFC)

Zwaartekrachtwet van Newton en de relativiteitstheorie van Einstein.

De zwaartekrachtwet van Newton geldt voor aardse afstanden: K = f x g.

De zwaartekrachtwet van Einstein geldt voor de enorm grote afstanden in het heelal:

Ap 2

  en is een stuk ingewikkelder.

 

Ruimtetijd: de vierde dimensie van Einstein.

De massa (zwaartekracht) van een hemellichaam veroorzaakt een kromming, een deuk in het weefsel ruimtetijd.
Ruimtetijd is een vierde dimensie naast lengte, breedte en hoogte.
Volgens de relativiteitstheorie van Einstein moeten we zwaartekracht zien als een kromming van de ruimtetijd:
“Ruimte en tijd vormen één vierdimensionaal laken genaamd ‘ruimtetijd’, die door materie kan worden uitgerekt en vervormd”.

Ap 3

Een manier om dit visueel voor te stellen is een opgespannen rubberen vel (= ruimtetijd) te nemen en er een zwaar voorwerp op te leggen. Dat object zal het vel eromheen doorbuigen.

Ap 4
De deuk, de kromming door de Aarde in het weefsel ruimtetijd

Onderstaande afbeelding is een voorbeeld hoe de Aarde en de Maan een kromming veroorzaken in de ruimtetijd, waarbij de grotere massa van de Aarde een diepere kromming veroorzaakt dan de kleinere massa van de Maan. De Maan zal bij onvoldoende snelheid in de diepere (val)kuil (grotere aantrekkingskracht) van de Aarde vallen, maar als de Maan voldoende snelheid heeft dan zal de resultante van maansnelheid en aardse aantrekkingskracht zorgen voor een baan van de Maan rondom de Aarde.

Ap 7

Het meten van zwaartekrachtgolven.

Zwaartekrachtgolven of gravitatiegolven zijn "verstoringen in de kromming van de ruimtetijd”, die zich van de bron af voortbewegen als golven. Ze vervoeren energie als zwaartekrachtstraling.
Het zijn met andere woorden rimpels in het weefsel van de ruimtetijd, die zich met de snelheid van het licht voortbewegen en die energie afvoeren. Als je je hand beweegt door stilstaand water, zie je rimpels ontstaan als gevolg van de beweging en welke zich door het water naar de kant bewegen.
Volgens de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein gebeurt hetzelfde als zware objecten om elkaar heen draaien en daarmee het “weefsel” ruimtetijd laten rimpelen.
Nu is het zo, dat als een voorwerp een zwaartekrachtgolf opneemt dan neemt zijn lengte toe!
Volgens de theorie is die vervorming extreem klein, in de orde van  meter. 

Wereldwijd zijn er 5 detectoren voor het meten van zwaartekrachtgolven:
LIGO in Livingston, LIGO in Hanford, LIGO in India, Virgo in Pisa en Kagra.
LIGO Hanford in het zuidoosten van de staat Washington en LIGO Livingston liggen 3002 km uit elkaar.

Ap 6
Luchtfoto (gemaakt in 2023) van het LIGO Hanford Observatorium (Credit: Caltech/MIT/LIGO Lab)

Als de twee detectoren dicht bij elkaar zouden worden geplaatst, zouden ze in wezen tegelijkertijd dezelfde trillingen waarnemen (dus ook verstorende aardse trillingen van verkeer bijvoorbeeld). Het zou dan niet mogelijk zijn om een ​​zwaartekrachtgolf signaal uit de ruimte te onderscheiden van een aards zwaartekrachtgolf signaal. 
Als de twee detectoren, die nu dus op voldoende afstand staan, verschillende signalen ontvangen dan kan er sprake zijn van een aardse verstoring. Wanneer vervolgens de gegevens van de locaties worden vergeleken, negeren de computers trillingen die verschillen en besteden ze alleen aandacht aan signalen die er hetzelfde uitzien.

De werking van de interferometer.

In een interferometer wordt een lichtbundel in tweeën gesplitst met behulp van een halfdoorlatende spiegel:
Zie video: https://youtu.be/9cZgfbOFbv4.  
Dank zij de relativiteitstheorie van Albert Einstein weten we dat een lichtstraal altijd dezelfde snelheid heeft, namelijk 299.792.458 m/sec.
De twee, loodrecht op elkaar staande, pijpen zijn exact van dezelfde lengte en dus als er door beide pijpen licht wordt gezonden zullen beide lichtstralen gelijktijdig op het eindstation aankomen.
Beide bundels worden met spiegels weer bij elkaar gebracht en afgebeeld op een scherm of detector. Dit is de nulmeting, waaruit ook blijkt dat beide pijpen gelijk van lengte zijn.
Een zwaartekrachtgolf zal de ene pijp iets langer maken en de ander iets korter en dus zal er een verschil zijn in aankomsttijd t.o.v. de nulmeting.
De verandering in lengte is te meten en is een maat voor de grootte van de zwaartekrachtgolf.
Zwaartekrachtgolven worden onder meer opgewekt als twee zeer zware hemellichamen op korte afstand om elkaar heen draaien, maar ook bij explosies of implosies in het heelal of samensmelten van twee hemellichamen, bijvoorbeeld zwarte gaten.

Nieuwe ontwikkelingen

LISA
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a030000/a030500/a030569/slide_09-A1_LISA_orbits2.mp4  is een door NASA en de European Space Agency (ESA) geleide missie, die naar verwachting halverwege de jaren 2030 van start zal gaan en bestaat uit drie ruimtevaartuigen die 2,5 miljoen kilometers van elkaar verwijderd zijn en tientallen miljoenen kilometers achter de Aarde volgen, meer dan honderd keer de afstand tot de Maan, terwijl ze in een baan om de Zon draaien. 
De drie ruimtevaartuigen van LISA zullen een gelijkzijdige driehoek in de ruimte creëren en de paden tussen elk paar ruimtevaartuigen, ook wel de armen van LISA genoemd, zullen zich vele kilometers uittrekken. Door afstandsveranderingen in deze armen te meten, veroorzaakt door zwaartekrachtgolven, kan LISA hun amplitude, richting en polarisatie meten. Astronomen zullen deze informatie gebruiken om meer te weten te komen over de bronnen in dit voorheen onontgonnen gebied van het zwaartekrachtgolfspectrum.
De European Space Agency heeft het Laser Interferometer Space Antenna (LISA)-project met een budget van € 1,75 miljard dollar goedgekeurd met daarbij nog aanvullende bijdragen van lidstaten, waaronder Duitsland, Frankrijk, Italië, het Verenigd Koninkrijk, Nederland en Zwitserland. Ook de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA zal een belangrijke partner zijn. 

Einstein telescoop

De Einstein Telescoop (ET) is een voorgestelde ondergrondse infrastructuur voor het huizenvesten van een zwaartekrachtgolf observatorium van de 3e generatie. Het bouwt voort op het succes van de huidige laser detectoren Advanced Virgo en Advanced LIGO van de 2e  generatie. De Einstein-telescoop zal een sterk verbeterde gevoeligheid bereiken door de omvang van de interferometer te vergroten van de armlengte van 3 km van de Virgo-detector naar 10 km, en tevens door een reeks nieuwe technologieën te implementeren. 
Nederland, België en Duitsland onderzoeken samen of ze dit observatorium van wereldklasse kunnen huisvesten.
Geïnteresseerde landen in Europa kunnen hun formele kandidatuur voor de Einstein Telescope melden. Op dit moment is, naast onze Euregio Maas-Rijn, ook Sardinië in de race als mogelijke locatie. De kans bestaat dat daar nog het Duitse Saksen bij gaat komen. Waarschijnlijk wordt in 2025/2026 bekend wat de meest geschikte locatie is en waar deze topfaciliteit wordt gebouwd.

Ap Cloosterman

Dwarsliggers gastauteur