GravitatiestralingGravitatiestraling

Gideon KoekoekGideon Koekoek21 November 200721 November 2007

Een nieuwe kijk op het heelalEen nieuwe kijk op het heelal

InhoudsopgaveInhoudsopgave

Waarom gravitatiestraling?Waarom gravitatiestraling? Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling? Gravitatiestraling metenGravitatiestraling meten Hoe ver zijn we nu?Hoe ver zijn we nu? SamenvattingSamenvatting

Waarom Waarom gravitatiestraling?gravitatiestraling?

Waarom gravitatiestraling?Waarom gravitatiestraling?Waarom zouden we dit willen meten?Waarom zouden we dit willen meten?We hebben toch al telescopen, neutrino-We hebben toch al telescopen, neutrino-

detectoren, etc? Hiermee kunnen we al detectoren, etc? Hiermee kunnen we al prima het Heelal bestuderen, niet? prima het Heelal bestuderen, niet?

Dus waarom zouden we ook nog Dus waarom zouden we ook nog zwaartekrachtsstraling willen meten?zwaartekrachtsstraling willen meten?

Waarom gravitatiestraling?Waarom gravitatiestraling?

Theorie: Theorie: is de Algemene Relativiteitstheorie is de Algemene Relativiteitstheorie correct?correct?

Astronomie: Astronomie: welke processen zijn er welke processen zijn er gaande in exotische hemellichamen?gaande in exotische hemellichamen?

Cosmology: Cosmology: wat gebeurde er na (tijdens?) wat gebeurde er na (tijdens?) de Oerknal!de Oerknal!

Astronomie: Astronomie: wat is Donkere Materie/Donkere wat is Donkere Materie/Donkere Energie? Energie?

We hebben gravitatiestraling nodig!! We hebben gravitatiestraling nodig!! Er zijn vragen die we anders niet kunnen Er zijn vragen die we anders niet kunnen

beantwoorden:beantwoorden:

Waarom gravitatiestraling?Waarom gravitatiestraling?Waar bestaat Dark Matter/Dark Energy uit? Waar bestaat Dark Matter/Dark Energy uit?

Van het grootste Van het grootste gedeelte van het gedeelte van het Heelal weten we niets!Heelal weten we niets!

We hebben gravitatiestraling nodig!We hebben gravitatiestraling nodig!

Dit zijn wijDit zijn wij

Waarom gravitatiestraling?Waarom gravitatiestraling?En hoe zit het met de Oerknal? En hoe zit het met de Oerknal?

Licht kan maar Licht kan maar tot hier zientot hier zien

..maar zwaartekracht-..maar zwaartekracht-straling kan tot hier straling kan tot hier zien!zien!

We hebben gravitatiestraling nodig!We hebben gravitatiestraling nodig!

..neutrino’s kunnen ..neutrino’s kunnen maar tot hier maar tot hier zien..zien..

Wat is Wat is gravitatiestraling?gravitatiestraling?

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?Wacht, wat is Wacht, wat is zwaartekrachtzwaartekracht eigenlijk? eigenlijk?

1st Wet: Als er geen krachten werken, is beweging eenparig en

rechtlijnig.

2r

mMGF

Zwaartekracht is een kracht!

FF = - = -mgmg

Het pad van de aarde is niet recht: Het pad van de aarde is niet recht: er werkt een kracht er werkt een kracht

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?Einstein was het hier niet mee eens..Einstein was het hier niet mee eens.. Newtons zwaartekracht Newtons zwaartekracht

is in strijd met de is in strijd met de RelativiteitstheorieRelativiteitstheorie

Newtons zwaartekracht is instantaan. Maar niets mag sneller gaan dan het licht!

De zwaartekrachtswet van Newton kan daarom niet correct zijn!

2r

GMmF

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?Einstein wist:Einstein wist:

Zwaartekracht is geen kracht; het is de kromming van de ruimte!

Alle materie valt hetzelfde in Alle materie valt hetzelfde in een zwaartekrachtsveldeen zwaartekrachtsveld

Dan kan zwaartekracht niks te maken hebben met materie zelf, maar moet het te maken hebben met de ruimte.

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?Q:Q: Wat doet ruimtetijd krommen? Wat doet ruimtetijd krommen? A:A: energie! energie!

T

c

GRgR

4

8

2

1

Ok, begrepen. En dan nu door met Ok, begrepen. En dan nu door met zwaartekrachtszwaartekrachtsstralingstraling

Er is veel energie nodig om de ruimtetijd Er is veel energie nodig om de ruimtetijd te krommen:te krommen: zwaartekracht is zwak! zwaartekracht is zwak!

Dit is een heel klein getal! ~ Dit is een heel klein getal! ~ 1010-45-45 (!!) (!!)

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling? Massa en energie krommen de ruimtetijd.Massa en energie krommen de ruimtetijd.

Dus als we massa nemen en die laten wiebelen, Dus als we massa nemen en die laten wiebelen, dan wiebelt de ruimtetijd dan wiebelt de ruimtetijd mee.mee.

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?

Dus dut is een ongekromde ruimtetijd. Wat Dus dut is een ongekromde ruimtetijd. Wat zou er gebeuren als we een verstoring zou er gebeuren als we een verstoring aanbrengen?aanbrengen?

02

1 RgR

Een golfvergelijking: Een golfvergelijking: een verstoring een verstoring hhμμυυ oscilleert door de ruimtetijd!oscilleert door de ruimtetijd!

Geen energie, geen Geen energie, geen zwaartekrachtzwaartekracht

01

2

2

22

2

hdt

d

ch

dx

d

T

c

GRgR

4

8

2

1

)(sin tzh

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?

Een gravitatiegolf rekt de ruimte Een gravitatiegolf rekt de ruimte uit en drukt hem weer inuit en drukt hem weer in

)(sin tzh

Wat is gravitatiestraling?Wat is gravitatiestraling?

Een voorbeeld:Een voorbeeld: gravitatiestraling gravitatiestraling geproduceerd door een dubbelstergeproduceerd door een dubbelster

Deze straling willen wij meten!

WijWijDubbelsterren: bron van GWsDubbelsterren: bron van GWs

Gravitatiestraling metenGravitatiestraling meten

Gravitatiestraling metenGravitatiestraling metenQ:Q: Hoe kun je dit doen? Hoe kun je dit doen? A: A: met een interferometer! met een interferometer!

Een interferometer Een interferometer beeldt lichtgolven beeldt lichtgolven op elkaar af; op elkaar af;

Dit geeft een Dit geeft een patroon als volgt:patroon als volgt:

Gravitatiestraling metenGravitatiestraling metenWat als er een zwaartekrachtsgolf voorbij komt?Wat als er een zwaartekrachtsgolf voorbij komt?

De golf rekt de armen De golf rekt de armen uit en drukt ze weer uit en drukt ze weer in; dit vertaalt zich in; dit vertaalt zich naar het naar het interferentiepatrooninterferentiepatroon

Gravitatiestraling metenGravitatiestraling metenDeze apparaten bestaan echt! Deze apparaten bestaan echt!

LIGO LIGO (US)(US)

VIRGO VIRGO (EU)(EU)

4 km arms4 km arms

3 km arms3 km arms

LISALISA (US + EU)(US + EU)

Lancering: ~2015(?)Lancering: ~2015(?)

5 105 1066 km arms km arms

Hoe ver zijn we nu?Hoe ver zijn we nu?

Hoe ver zijn we nu?Hoe ver zijn we nu?

Gravitatiestraling is al eens (indirect) ontdektGravitatiestraling is al eens (indirect) ontdekt

Hulse en Taylor hebben jarenlang de beweging van de dubbelster PS 1913+16 bestudeerd

Waarneming versus berekening op basis van gravitatiestraling

Nobelprijs 1993

Hoe ver zijn we nu?Hoe ver zijn we nu?

Maar directe waarneming (de Maar directe waarneming (de vormvorm van de van de straling) heeft nog niet plaatsgevonden.straling) heeft nog niet plaatsgevonden.

Hoe ver zijn we nu?Hoe ver zijn we nu?Nikhef en de Vrije Universiteit werken aan de VIRGO-Nikhef en de Vrije Universiteit werken aan de VIRGO-

detector; we doen berekeningen, simuleren, en detector; we doen berekeningen, simuleren, en ontwerpen hardwareontwerpen hardware

ManagementManagement

Hardware & Hardware & electronicselectronics

Theory of Theory of gravitational gravitational waveswaves

SimulationsSimulations

SamenvattingSamenvatting

SamenvattingSamenvatting Zwaartekracht is kromming van de ruimtetijdZwaartekracht is kromming van de ruimtetijd Zwaartekrachtsstraling zijn wiebels in de ruimtetijd, en planten zich voort Zwaartekrachtsstraling zijn wiebels in de ruimtetijd, en planten zich voort

met de snelheid van het lichtmet de snelheid van het licht;; Zij kunnen ons veel leren over Donkere Materie/Energie, de Oerknal, etcZij kunnen ons veel leren over Donkere Materie/Energie, de Oerknal, etc Zwaartekrachtsstraling is moeilijk te meten, maar het kan met Zwaartekrachtsstraling is moeilijk te meten, maar het kan met

interferometers interferometers Wij (Nederland) werken mee aan VIRGO en LISA………………….wordt Wij (Nederland) werken mee aan VIRGO en LISA………………….wordt

vervolgd!vervolgd!

EindeEinde

Zijn er nog vragen?Zijn er nog vragen?