KIJK blikt met natuurkundige Jo van den Brand terug op de eerste directe waarneming van een zwaartekrachtsgolf.
‘Zwaartekrachtsgolven gevonden!’, zo kopten de kranten en nieuwssites eerder deze maand wereldwijd. Het experiment LIGO had in september 2015 de door Einstein voorspelde rimpelingen in de ruimtetijd gezien, veroorzaakt door twee samensmeltende zwarte gaten, en was maanden later eindelijk zeker genoeg van zijn zaak om daarmee voor het voetlicht te treden. Hoe ging dat precies in zijn werk? KIJK sprak over de ontdekking met de nauw bij het experiment betrokken hoogleraar natuurkunde Jo van den Brand (Nikhef/VU).
KIJK: Toen LIGO in september een mogelijk signaal van een zwaartekrachtsgolf had gevonden, hoorde u dat waarschijnlijk al snel?
Jo van den Brand: “Meteen.”
Waren er toen nog twijfels? Dat het bijvoorbeeld een test betrof?
“Er wordt inderdaad af en toe een nepsignaal in de detector geïnjecteerd bij wijze van test. Maar daar waren we bij LIGO nog helemaal niet aan toe; we waren alles nog aan het klaarzetten. Dus het was bij ons meteen bekend dat het geen test was. Daarnaast was het een heel duidelijk signaal. Normaal gesproken zien we in eerste instantie helemaal niks, en moeten we met geavanceerde analyses het signaal uit de ruis peuteren. Maar dat was in dit geval helemaal niet nodig.”
Was dat niet verdacht?
“We hebben de mogelijkheid uit moeten sluiten dat een of andere mad scientist dacht: laat ik zo’n signaal stiekem faken. Daar zijn hele teams wekenlang mee bezig geweest. We hebben bijvoorbeeld op de sensors gekeken of er op het betreffende moment niet iemand rondliep. Ook is alle elektronica meteen gefotografeerd en is een aantal dingen direct verzegeld. En toen LIGO uitstond, hebben we gecheckt of er geen gekke apparaatjes in het experiment zaten en alle kabels gecontroleerd. Maar op een gegeven moment zei ik: ‘Nu moeten we ophouden. Als iemand dít kan faken, verdient ie een Nobelprijs.’ Dan snapt ie alles van de relativiteitstheorie, van de berekeningen, van de hardware… Bovendien heeft hij het op twee plekken moeten doen binnen de beschikbare tijd (LIGO bestaat uit twee detectors op 3000 kilometer afstand van elkaar die beide het signaal oppikten – red.), zonder sporen achter te laten en zonder te oefenen.”
Die mogelijkheid kunnen we dus wel uitsluiten. Terug naar het signaal zelf. Dat kwam van een nogal onverwachte bron, toch?
“Ik was er echt van overtuigd dat we als eerste twee om elkaar cirkelende neutronensterren zouden zien. Daar hebben we er immers eerder al een stuk of zes van gezien, dus we weten dat die bestaan en wat voor signaal we ervan moeten verwachten. We hadden totaal niet gerekend op zwarte gaten. En al helemaal niet op zwarte gaten met deze massa; die hebben we in de Melkweg nooit eerder waargenomen. De zwaarste bekende exemplaren wegen twaalf tot veertien keer zoveel als onze zon. Deze twee waren rond de dertig keer zo zwaar en werden samen een zwart gat van in de zestig keer zo zwaar.”
Vorig jaar zei u nog in KIJK dat we de eerste zwaartekrachtsgolven met veel geluk in 2016 zouden zien, en met pech pas in 2022. Het werd 2015.
“Ja, en dat overviel iedereen. De groepen die verspreid over de wereld werken aan zwaartekrachtsgolven zaten nog niet bepaald op het puntje van hun stoel.”
Nadat de ontdekking was gedaan in september, duurde het nog tot februari voordat die bekend kon worden gemaakt. Waren jullie niet bang dat het nieuws al voor die tijd naar buiten zou komen?
“Ik was heel benauwd dat op een gegeven moment het wetenschappelijke artikel zou uitlekken, en dat we ons eigen plaatje van de ontdekking ineens in de krant zouden zien staan. Voor die situatie hadden we wel een noodprogramma klaarliggen. Dan moet je direct zelf met het nieuws naar de pers kunnen gaan. Maar dan ben je wel de hele regie kwijt.”
En waarom duurde het maanden voordat jullie helemaal klaar waren om de wereld te informeren?
“De analyse van dit ene evenement kostte 50 miljoen CPU-uren aan computerberekeningen. Daarnaast wilden we alles uit het signaal halen wat er aan natuur- en sterrenkunde in zat. Op het moment van publiceren gaan namelijk alle data online, en dan kan de hele wereld ermee aan de slag. Ook moesten onze eigen publicaties over de ontdekking worden geschreven – een stuk of vijftien in totaal – en daar moest iedereen het over eens zijn. Dan zit je dus met meer dan duizend man te discussiëren over de details, over alle cijfertjes achter de komma… En bij onenigheid moeten er nieuwe berekeningen worden gedaan om te zien wie er gelijk heeft. Dat kost allemaal heel veel tijd.”
Maar dat is wel nodig.
“Anders doe je het zoals bij BICEP. (Het experiment dat in 2014 meldde dat het sporen van zwaartekrachtsgolven in de kosmische achtergrondstraling had gezien en die claim later moest terugtrekken – red.) Die onderzoekers kwamen naar buiten met hun ontdekking toen ze nog helemaal geen publicatie hadden. En dan gaan mensen vragen stellen: ‘Hoe zit het met de achtergrondruis?’ Dan heb je een gevecht dat je niet wilt hebben; dat hebben wij allemaal voorkomen. Maar ik kan het me wel voorstellen van BICEP. Zij zijn verwikkeld in een competitie met het team achter de Planck-satelliet – en dat kan óók op elk moment met een ontdekking naar buiten komen. Maar wie is onze competitie?”
Want het Amerikaanse LIGO en het Europese Virgo zijn niet in een competitie verwikkeld? Iedereen voelt het echt als een samenwerking? Het is niet zo dat de Europeanen nu chagrijnig zijn omdat de Amerikanen de eerste zwaartekrachtsgolf hebben gevonden?
“In het allereerste begin dat ik bij de experimenten betrokken was, was dat wel zo, maar sinds 2007 niet meer. Want iedereen ziet in dat je heel veel te winnen hebt als je het samen doet. En dat vind ik wel bijzonder. Vroeger werkte ik in de kernfysica, en daar was de competitie onvoorstelbaar. Dit is wat dat betreft veel slimmer.”
Lees ook wat we dankzij deze ene zwaartekrachtsgolf al aan natuur- en sterrenkundige kennis hebben opgedaan, en welke experimenten er allemaal in de pijplijn zitten voor meer onderzoek naar zwaartekrachtsgolven.
Beeld: Nikhef