NASA's Fermi jaagt op zwaartekrachtgolven van monsterlijke zwarte gaten

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

NASA's Fermi jaagt op zwaartekrachtgolven van monsterlijke zwarte gaten

Bericht door univers » 13 apr 2022, 08:12

Afbeelding
zwarte gaten vervormen een sterrenachtergrond, vangen licht en produceren zwarte gatensilhouetten in deze simulatie. Elk heeft een massa van ongeveer 500.000 keer die van de zon en een onderscheidend kenmerk, een fotonenring genaamd, die het zwarte gat schetst. Krediet: NASA's Goddard Space Flight Center; achtergrond, ESA/Gaia/DPAC

Ons universum is een chaotische zee van rimpelingen in de ruimte-tijd die zwaartekrachtgolven worden genoemd. Astronomen denken dat golven van paren superzware zwarte gaten in verre sterrenstelsels lichtjaren lang zijn en proberen ze al tientallen jaren te observeren, en nu zijn ze een stap dichterbij dankzij NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope .

Fermi detecteert gammastraling, de vorm van licht met de hoogste energie. Een internationaal team van wetenschappers onderzocht meer dan tien jaar aan Fermi-gegevens verzameld van pulsars, snel roterende kernen van sterren die als supernova's explodeerden. Ze zochten naar kleine variaties in de aankomsttijd van gammastraling van deze pulsars, veranderingen die veroorzaakt zouden kunnen zijn door het licht dat op weg naar de aarde door zwaartekrachtgolven gaat. Maar ze vonden er geen.

Hoewel er geen golven werden gedetecteerd, blijkt uit de analyse dat, met meer waarnemingen, deze golven binnen het bereik van Fermi kunnen komen.

"We verrasten onszelf enigszins toen we ontdekten dat Fermi ons zou kunnen helpen bij het jagen op lange zwaartekrachtsgolven", zegt Matthew Kerr, een onderzoeksfysicus bij het US Naval Research Laboratory in Washington. "Het is nieuw in de strijd - radiostudies hebben soortgelijke zoekopdrachten gedaan al jaren. Maar Fermi en gammastraling hebben een aantal speciale eigenschappen die ze samen een zeer krachtig hulpmiddel maken in dit onderzoek.”

De resultaten van de studie, mede geleid door Kerr en Aditya Parthasarathy, een onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn, Duitsland, werden op 7 april online gepubliceerd door het tijdschrift Science.

Afbeelding
De lengte van een zwaartekrachtgolf, of rimpeling in ruimte-tijd, hangt af van de bron, zoals te zien is in deze infographic. Wetenschappers hebben verschillende soorten detectoren nodig om zoveel mogelijk van het spectrum te bestuderen.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Wanneer massieve objecten versnellen, produceren ze zwaartekrachtsgolven die met de lichtsnelheid reizen. Het op de grond gebaseerde Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory - dat in 2015 voor het eerst zwaartekrachtgolven detecteerde - kan rimpelingen van tientallen tot honderden kilometers lang van top tot top waarnemen, die in slechts fracties van een seconde langs de aarde rollen. De aanstaande op de ruimte gebaseerde Laser Interferometer Space Antenna zal golven van miljoenen tot miljarden kilometers lang oppikken.

Kerr en zijn team zijn op zoek naar golven die lichtjaren of biljoenen kilometers lang zijn en die jaren nodig hebben om de aarde te passeren. Deze lange rimpelingen maken deel uit van de zwaartekrachtgolfachtergrond, een willekeurige zee van golven die deels wordt gegenereerd door paren superzware zwarte gaten in de centra van samengevoegde sterrenstelsels in het heelal.

Om ze te vinden, hebben wetenschappers detectoren nodig ter grootte van een melkwegstelsel, de zogenaamde pulsar timing arrays. Deze arrays gebruiken specifieke sets millisecondenpulsars, die net zo snel roteren als blenderbladen. Millisecondenpulsars zwaaien stralingsbundels, van radio naar gammastralen, langs onze gezichtslijn en lijken met ongelooflijke regelmaat te pulseren - zoals kosmische klokken.

Als lange zwaartekrachtgolven tussen een van deze pulsars en de aarde passeren, vertragen of versnellen ze de aankomsttijd van het licht met miljardsten van een seconde. Door te zoeken naar een specifiek patroon van pulsvariaties tussen pulsars van een array, verwachten wetenschappers dat ze zwaartekrachtgolven kunnen onthullen die langs hen heen rollen.

Radioastronomen gebruiken al tientallen jaren pulsar-timing-arrays en hun waarnemingen zijn het meest gevoelig voor deze zwaartekrachtsgolven. Maar interstellaire effecten bemoeilijken de analyse van radiogegevens. De ruimte is gespikkeld met verdwaalde elektronen. Over lichtjaren heen zorgen hun effecten ervoor dat de baan van radiogolven wordt omgebogen. Dit verandert de aankomsttijden van pulsen op verschillende frequenties. Gammastraling heeft geen last van deze complicaties en biedt zowel een complementaire sonde als een onafhankelijke bevestiging van de radioresultaten.

"De Fermi-resultaten zijn al 30% zo goed als de radiopulsar-timingarrays als het gaat om het mogelijk detecteren van de zwaartekrachtgolfachtergrond," zei Parthasarathy. "Met nog eens vijf jaar aan pulsar-gegevensverzameling en -analyse, zal het even goed in staat zijn met de toegevoegde bonus dat je je geen zorgen hoeft te maken over al die verdwaalde elektronen."

Binnen het volgende decennium verwachten zowel radio- als gammastraling-astronomen gevoeligheden te bereiken die hen in staat zullen stellen zwaartekrachtsgolven op te vangen van paren van ronddraaiende monsterzwarte gaten.

"Fermi's ongekende vermogen om de aankomst van gammastralen nauwkeurig te timen en het brede gezichtsveld maken deze meting mogelijk", zegt Judith Racusin, adjunct-projectwetenschapper van Fermi bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt , Maryland. “Sinds de lancering heeft de missie ons constant verrast met nieuwe informatie over de gammastraling. We kijken allemaal uit naar de volgende geweldige ontdekking.”

Afbeelding
Deze visualisatie toont zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden door twee zwarte gaten van bijna gelijke massa terwijl ze om elkaar heen draaien. Oranje rimpelingen vertegenwoordigen verstoringen van de ruimte-tijd veroorzaakt door de snel ronddraaiende massa's. Deze vervormingen verspreiden zich en verzwakken, en worden uiteindelijk zwaartekrachtsgolven (paars). Deze simulatie werd uitgevoerd op de Pleiades-supercomputer in het Ames Research Center van NASA.
Credits: NASA/Bernard J. Kelly (Goddard en Univ. of Maryland Baltimore County), Chris Henze (Ames) en Tim Sandstrom (CSC Government Solutions LLC)

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... lack-holes
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie