Einsteins eigen satelliet
Albert Einstein voorspelde al in 1916 het bestaan van zwaartekrachtsgolven. Hij stelde zwaartekracht voor als een vervorming van de ruimtetijd: hoe zwaarder een object des te sterker de vervorming van de ruimtetijd eromheen.
Twee extreem zware objecten die snel om elkaar heen draaien of botsen, zoals samensmeltende superzware zwarte gaten, zouden bovendien rimpelingen in die ruimtetijd moeten veroorzaken. Einstein zelf dacht dat dit minieme effect nooit gemeten zou kunnen worden. Maar nieuwe precisietechnologie stelt ruimteonderzoekers nu in staat om op zoek te gaan naar deze golven, die met de lichtsnelheid door het heelal reizen.
Rol voor Nederlands vernuft
En daarom kunnen nu twee missies in gang gezet worden, waar Nederlands vernuft een belangrijke rol in speelt. LISA Pathfinder gaat nu eerst die precisietechnologie testen. ESA selecteerde eind 2013 daarbovenop de eLISA-missie (evolved Laser Interferometer Space Antenna) en deze gaat rond 2034 de ruimte in. “Zwaartekrachtsgolven leveren een uniek nieuw venster op het heelal,” zegt Gijs Nelemans (Radboud Universiteit/Nikhef), leider van het Nederlandse consortium dat werkt aan eLISA, die geplande grote broer van Pathfinder.
“In tegenstelling tot gewone elektromagnetische straling reizen zwaartekrachtsgolven overal dwars doorheen, van de bronnen direct naar de detectoren. Het is een compleet nieuwe manier om extreme objecten in de ruimte te bestuderen”.
Hoe gaat dit te werk straks in het heelal? LISA Pathfinder heeft twee goud-platinablokjes aan boord, bijna 40 cm van elkaar, die vrij in de satelliet zweven. Dat is te dicht bij elkaar om al zwaartekrachtsgolven te kunnen detecteren. Het doel is aan te tonen dat de twee goud-platinablokjes in vrije val blijven, vrij van alle niet door de zwaartekracht veroorzaakte verstoringen. De onderzoekers doen dit door de afstand tussen de twee blokjes met atomaire precisie te meten. Hierbij wordt laserlicht als supernauwkeurige liniaal gebruikt, op dezelfde wijze als dat straks in eLISA gebeurt.
“Hopelijk is de variatie in de afstand die LISA Pathfinder tussen de blokjes meet bijna nul,” zegt SRON-onderzoeker Martijn Smit. “Want dan weten we dat de blokjes inderdaad ongestoord rondzweven. Als ze dan straks in eLISA op enorm grote afstand van elkaar worden gezet, zien we toch alléén de variaties die door zwaartekrachtsgolven worden veroorzaakt. En dat is de bedoeling.”
Mogelijk bewijs voor de inflatietheorie
“Als deze technologie zijn belofte waarmaakt, is de weg vrij voor eLISA,” zegt Nelemans. “Met eLISA kunnen sterrenkundigen compacte dubbelsterren in de hele Melkweg bestuderen en samensmeltende superzware zwarte gaten tot voorbij de verste sterrenstelsels die we nu kennen. Maar waarschijnlijk levert de missie ook nieuwe fundamentele natuurkunde op. Misschien ontdekken we wel nieuw bewijsmateriaal voor de inflatietheorie. In feite kijken we naar alles wat de structuur van de ruimte door elkaar heeft geschud.”
ESA verwacht dat Pathfinder begin 2016 aankomt in zijn definitieve baan om de zon, op 1,5 miljoen km van de aarde. Dan kunnen de Nederlandse ingenieurs en wetenschappers aan de slag, want zij zijn nauw betrokken bij beide missies. SRON heeft in de aanloop naar de lancering testapparatuur ontwikkeld voor LISA Pathfinder.
TNO heeft al verschillende systemen getest en ontwikkeld, waaronder een systeem dat ervoor zorgt dat de laserbundels van eLISA exact op de goede plek terechtkomen, zelfs over een afstand van 5 miljoen km. Nikhef is als lid van de LIGO Virgo Collaboration al sinds 2007 intensief betrokken bij onderzoek naar gravitatiegolven. “In de toekomst willen we de precisietechnologie ontwikkeld voor Advanced Virgo, verfijnen voor eLISA,” zegt Jo van den Brand, wetenschappelijk programmaleider bij Nikhef.
Vandaag zou de LISA Pathfinder eigenlijk gelanceerd worden. Een technisch probleem aan het lanceergestel noopt ESA er echter toe tot uitstellen over te gaan. Vandaag zal bepaald worden of LISA morgen alsnog de ruimte in mag.
