Naar de content

Nobelprijs voor de ontdekking van zwaartekrachtgolven

ESO/L. Calçada via CC BY 4.0

De Nobelprijs voor de Natuurkunde 2017 gaat naar Rainer Weiss, Kip Thorne en Barry Barish voor hun bijdrage aan de LIGO-detector. Twee jaar geleden ontdekte LIGO voor het eerst zwaartekrachtgolven, afkomstig van twee samensmeltende zwarte gaten.

Winnaars van de Nobelprijs voor Natuurkunde 2017: Rainer Weiss, Barry C. Barish & Kip S. Thorne.

 Nobel Media 2017

Het werd niet door de wandelgangen gefluisterd, maar geschreeuwd. Dit jaar zou de Nobelprijs voor de Natuurkunde naar de ontdekking van zwaartekrachtgolven gaan. Het Nobelprijscomité zorgde vanmorgen niet voor een verrassing: de prijs gaat dit jaar naar de Amerikanen Rainer Weiss, Kip Thorne en Barry Barish voor de bijdrages die ze leverden aan de LIGO-detector (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Deze ontdekte in 2015 voor het eerst golven in de ruimtetijd. Sindsdien zijn er meerdere signalen gemeten.

De basis voor deze Nobelprijs wordt door Albert Einstein gelegd. Hij stelt in 1916 dat zware objecten zoals sterren de ruimtetijd niet alleen vervormen (zoals beschreven door zijn algemene relativiteitstheorie), maar óók golven kunnen veroorzaken. Deze reizen met de lichtsnelheid door de ruimte. Einstein is overigens niet overtuigd dat we deze zwaartekrachtgolven ooit meten. Daarvoor is het effect te klein.

Einstein had gelijk én ongelijk. Inmiddels weten we dat er zwaartekrachtgolven bestaan én dat ze meetbaar zijn. Het Nobelprijscomité noemt de observatie van LIGO een ontdekking die de wereld deed schudden. Het heeft een nieuw onderzoeksveld geopend en wetenschappers het gereedschap gegeven om het universum op een geheel nieuwe manier te onderzoeken.

Impressie van twee zwarte gaten die om elkaar heen draaien en uiteindelijk samen zullen smelten. Die gebeurtenis veroorzaakt meetbare zwaartekrachtgolven.

 LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

Mega-project

De helft van de prijs (van omgerekend ruim 800.000 euro) gaat naar de in Duitsland geboren Rainer Weiss, die als kind naar de Verenigde Staten emigreert. In de jaren zeventig werkt hij een plan uit voor een gigantische detector die met behulp van lasers minuscule en kortdurende vervormingen in de ruimtetijd meet. Hiervoor worden laserstralen door twee kilometerslange buizen gestuurd waarna ze elkaar via interferentie precies uitdoven. Een passerende zwaartekrachtgolf verandert kortstondig de lengte van de buizen en zorgt voor een meetbaar signaal: de lasers zijn heel even níet op elkaar afgestemd.

De Amerikaanse theoretisch natuurkunde Kip Thorne krijgt een kwart van deze Nobelprijs. Berekeningen van hem aan mogelijke bronnen van zwaartekrachtgolven helpen om in de jaren tachtig financiering te krijgen voor de ontwikkeling van het observatorium. Het is het begin van de LIGO-detecor, die bestaat uit een laser-installatie in de staat Washington in het noordwesten van de Verenigde Staten en een in Louisiana, in het zuidoosten van het land. Thorne helpt overigens ook bij de technische ontwikkeling van de geavanceerde opstellingen.

Een van de twee Amerikaanse LIGO-detectoren in Handford, Washington.

 LIGO via publiek domein

Om het mega-project, dat dan al honderden miljoenen dollars kost, van de grond te krijgen wordt in de jaren negentig Barry Barish als directeur van LIGO aangesteld. Hij krijgt het laatste kwart van de prijs. Deze natuurkundige neemt zijn ervaring uit grote projecten in de deeltjesfysica mee. Onder zijn leiding wordt LIGO stap voor stap gebouwd, getest en verbeterd. Als hij in 2005 stopt als directeur van het project, zijn er overigens nog steeds geen zwaartekrachtgolven gemeten.

Dat verandert plots op 14 september 2015. Om negen voor twaalf ‘s middags, slechts enkele dagen nadat de LIGO-detectoren aan zijn gegaan na een grote upgrade, meten ze een kortstondige minuscule vervorming van de ruimtetijd. Het signaal duurt minder dan een seconde en de ‘afwijking’ die ze meten over een lengte van zo’n vier kilometer is een fractie van de diameter van een proton. Maar het signaal is volgens de betrokken wetenschappers glashelder: ze hebben het samensmelten van twee zwarte gaten op een afstand van 1,3 miljard lichtjaar gehoord. Een ‘tsjirp’ in de kosmos.

Het ‘geluid’ van twee samensmeltende zwarte gaten. Het signaal dat door LIGO is opgepikt bestaat uit een korte puls die snel hoger wordt. Dit is precies de voorspelling voor zwaartekrachtgolven van twee zwarte gaten die steeds sneller om elkaar heen draaien, samensmelten, en stil worden. Het zwarte gat dat hierbij ontstaat produceert in zijn eentje namelijk geen zwaartekrachtgolven meer.

Jubelstemming

Gijs Nelemans, sterrenkundige van de Radboud Universiteit die zelf onderzoek doet aan zwaartekrachtgolven, was met collega’s uit het onderzoeksveld op een conferentie in Utrecht. Ze keken samen live naar de uitreiking. “Er heerste een jubelstemming op het moment dat we het hoorden”, zegt hij. “Dit is de kers op de taart van deze ontdekking.”

Het is mooi dat de ontdekking zo snel de waardering krijgt die het verdient, volgens Nelemans. “Het was eigenlijk geen verrassing. Als het dit jaar niet was gebeurd, dan waarschijnlijk in de komende jaren. Toch weet je nooit wat het Nobelcomité doet. Ze houden er volgens mij niet zo van als anderen hard roepen dat iemand de prijs moet krijgen.”

“Natuurlijk worden er altijd mensen te kort gedaan. Neem bijvoorbeeld de Schotse natuurkundige Ronald Drever die ook essentieel was voor de ontwikkeling van LIGO, hij is helaas dit voorjaar overleden. Ik weet vrij zeker dat hij op de lijst heeft gestaan”, besluit Nelemans.

ReactiesReageer