Sommige cataclysmische gebeurtenissen in het heelal, zoals de botsing van zwarte gaten of neutronensterren, veroorzaken zwaartekrachtgolven, rimpelingen in de structuur van ruimte en tijd. Observatoria zoals het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en de Virgo Interferometer zijn ontworpen om deze rimpelingen op te sporen. Maar zij kunnen niet het licht zien van de explosies die het gevolg zijn van de botsingen tussen neutronensterren en zwarte gaten. BlackGEM is speciaal ontworpen en gebouwd om in zichtbaar licht snel grote delen van de hemel te kunnen scannen op de bronnen van zwaartekrachtgolven.
"Met BlackGEM willen we het onderzoek naar kosmische gebeurtenissen met zowel zwaartekrachtgolven als zichtbaar licht opschalen," zegt Paul Groot van de Radboud Universiteit, hoofdonderzoeker van het project. "De combinatie van de twee vertelt ons veel meer over deze gebeurtenissen.”
Tekst gaat verder na video.
Deze montage van drone- en stilstaande beelden toont de drie telescopen van de BlackGEM-array van de ESO-sterrenwacht op La Silla in Chili. Deze locatie ligt op 2400 meter hoogte in de Atacama-woestijn en biedt astronomen ongerepte waarnemingsomstandigheden. De BlackGEM array kan snel grote delen van de hemel scannen om een bron te vinden die door LIGO en Virgo gedetecteerde zwaartekrachtgolven heeft uitgezonden. De telescopen zijn gebouwd door een consortium van universiteiten: de Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie, de KU Leuven in België en de Radboud Universiteit. (c) ESO [YouTube | diverse resoluties]
Precieze locatie bepalen
Door zowel zwaartekrachtgolven als hun zichtbare tegenhangers te detecteren, kunnen astronomen de aard van de bronnen van zwaartekrachtgolven bevestigen en hun precieze locatie bepalen. Het gebruik van zichtbaar licht maakt ook gedetailleerde waarnemingen mogelijk van de processen die bij deze fusies plaatsvinden, zoals de vorming van zware elementen als goud en platina.
Tot nu toe is slechts één tegenhanger in zichtbaar licht van een zwaartekrachtgolfbron gedetecteerd. Bovendien kunnen zelfs de meest geavanceerde detectoren zoals LIGO en Virgo de bronnen van zwaartekrachtgolven niet precies identificeren; in het beste geval kunnen zij de positie en oorsprong van een bron afbakenen tot een gebied van ongeveer 400 volle manen aan de hemel. BlackGEM kan zulke grote gebieden efficiënt scannen met een resolutie die hoog genoeg is om de optische bronnen te lokaliseren: één miljard keer beter dan de locatiebepaling van de laser-interferometers.
Chili
De drie telescopen van BlackGEM zijn gebouwd door een consortium van de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA), de KU Leuven in België en de Radboud Universiteit. De telescopen hebben elk een diameter van 65 centimeter en kunnen verschillende gebieden van de hemel tegelijkertijd onderzoeken. Het samenwerkingsverband wil de array uiteindelijk uitbreiden tot 15 telescopen, waardoor de dekking nog beter wordt. BlackGEM is ondergebracht bij ESO's La Silla Observatory in Chili, waardoor het de eerste array in zijn soort is op het zuidelijk halfrond.
"Ondanks de bescheiden primaire spiegel van 65 centimeter gaan we even diep als sommige telescopen met veel grotere spiegels, omdat we optimaal gebruik maken van de uitstekende waarnemingsomstandigheden op La Silla," zegt Groot.
Zodra BlackGEM een bron van zwaartekrachtgolven nauwkeurig heeft geïdentificeerd, kunnen grotere telescopen, zoals ESO's Very Large Telescope of de toekomstige Extremely Large Telescope, gedetailleerde vervolgwaarnemingen doen.
Zuidelijke hemel
Naast het zoeken naar de optische tegenhangers van gravitatiegolven zal BlackGEM ook onderzoek doen naar de zuidelijke hemel. De werking van de array is geautomatiseerd, wat betekent dat hij kortdurende astronomische gebeurtenissen (zogeheten transients) kan waarnemen, die plotseling verschijnen en snel weer vervagen. Hierdoor krijgen astronomen meer inzicht in kortstondige astronomische verschijnselen zoals supernovae, de enorme explosies die het einde van het leven van een zware ster markeren.
"Dankzij BlackGEM heeft La Silla nu het potentieel om een belangrijke bijdrage te leveren aan het onderzoek aan veranderlijke bronnen," zegt Ivo Saviane, site-manager bij ESO's La Silla Observatory. "We hebben hoge verwachtingen van BlackGEM."
Consortium
Het BlackGEM-consortium bestaat uit: de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA – het Nederlandse samenwerkingsverband op het gebied van sterrenkunde van de Universiteit van Amsterdam, de Rijksuniversiteit Groningen, de Universiteit Leiden en de Radboud Universiteit) en de KU Leuven, België. Nieuwe partners bij het consortium zijn de Universiteit van Manchester en het Armagh Observatory en Planetarium (Verenigd Koninkrijk), het Weizmann Instituut, de Universiteit van Tel Aviv en de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem (Israël), de Universiteit van Californië, Davis, de TexasTech Universiteit en het Las Cumbres Observatory (VS), de Deense Technische Universiteit (DK), de Universiteit van Potsdam (Duitsland), de Universiteit van Barcelona (Spanje) en de Universiteit van Valparaiso (Chili).
De BlackGEM-array, bestaande uit drie nieuwe Nederlands-Belgische telescopen op ESO's La Silla-sterrenwacht, is in gebruik genomen. De telescopen scannen de zuidelijke hemel om op jacht te gaan naar de kosmische gebeurtenissen die zwaartekrachtgolven produceren, zoals de samensmelting van neutronensterren en zwarte gaten. (c) S. Bloemen (Radboud Universiteit)/ESO [diverse resoluties]