“Brexit was de aanleiding om weg te gaan”

Met de komst van de proeffaciliteit voor de Einstein Telescoop, de ET-pathfinder, bouwt Maastricht University haar bètaprofiel verder uit. Afgelopen maandag trad de universiteit officieel toe tot Nikhef, een gelegenheid die samenviel met de presentatie van kersverse hoogleraar Stefan Hild. Hij zal per 1 augustus 2019 aantreden als hoogleraar Gravitational Research.

Sinds de eerste ontdekking van de door Albert Einstein voorspelde zwaartekrachtsgolven Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein kan massa het geheel van ruimte en tijd – ruimtetijd – vervormen. Grote ‘events’ zoals het samensmelten van zware hemellichamen kunnen een ‘rimpelling’ in deze ruimtetijd veroorzaken die middels zwaartekrachtstelescopen te observeren is. in 2015 is het veld van gravitationeel onderzoek op drift. Door middel van zogenaamde zwaartekrachtstelescopen zijn inmiddels zo’n vijftien bijzondere evenementen gedetecteerd in het heelal om ons heen. De nog te bouwen Einstein Telescoop moet een aanvulling worden op de bestaande LIGO en VIRGO telescopen, en deze derde generatie detector moet meer gaan zien dan ooit.

Maastricht wordt zwaartepunt zwaartekrachtsgolven

Stephan Hild, nu nog hoogleraar op de University of Glasgow, is aangezocht om dit project in samenwerking met Nikhef te gaan leiden. Op de vraag of de Brexit op enige wijze heeft meegespeeld in zijn beslissing om naar Maastricht te komen antwoordt hij resoluut: “Brexit was de belangrijkste aanleiding om me te oriënteren op nieuwe kansen. Drie jaar geleden had ik niet gekeken naar banen buiten het Verenigd Koninkrijk, nu wel.” De implicaties die Brexit heeft op de lange termijn worden volgens hem nog maar door weinigen begrepen.

Britse universiteiten zoeken routes om Brexit

De Duitser Hild heeft toevallig dezelfde dag een contract getekend voor een huis net over de grens bij Maastricht en gaat in zekere zin dus ook weer terug naar zijn geboorteland. “Ik heb ook mijn promovendi uit Glasgow aangeboden om mee te komen naar Maastricht. Van de zes zijn er drie kort geleden begonnen, zij gaan mee naar Maastricht en de anderen maken in Glasgow hun promotie af.” Hild heeft nu de opdracht om de vakgroep rond zwaartekrachtsgolfdetectie in Maastricht de aankomende jaren verder uit te bouwen. Momenteel is Maastricht nog geen zwaartepunt voor dit wetenschapsgebied, maar hij is er zeker van dat dit de aankomende jaren zal veranderen.

Pathfinder loopt in parallel

“Het is een bijzonder spannende uitdaging die hier voorligt,” zegt Hild die de blauwdrukken van de ETpathfinder al kan laten zien tijdens zijn korte – doch informatiedichte – presentatie. “Laat mij ook een misverstand uit de wereld helpen. De ETpathfinder moet in parallel gaan lopen met het uiteindelijke Einstein Telescope.” Waar eerdere ‘pathfinder’ missies, bijvoorbeeld van detector LISA, technieken eerst in het klein worden getest alvorens de bouw van de grote detector begint is er hier juist gemikt op overlap. “Het is niet zo dat we eerst pathfinder doen, en dan pas het echte project.”

De proeffaciliteit ET-pathfinder, mede mogelijk gemaakt door een Interreg subsidie en geld vanuit OCW, komt in Maastricht te staan en is zo gebouwd om de belangrijkste parameters van de grote detector uit de testen. “De ET, waar deze ook komt te staan, is een installatie die decennia mee moet gaan. Gedurende die periode zal de apparatuur meermaals geoptimaliseerd worden. In de ET-pathfinder testen we al die technieken uit voordat ze in de ET worden gebruikt.”

Nieuwe technieken voor nieuwe vragen

De basale opzet van een zwaartekrachtstelescoop is een set buizen van gelijke lengte waardoor een laserlicht heen en weer wordt gestuurd naar een spiegel. In de ‘normale’ situatie zijn de twee stralen bij terugkomst in principe hetzelfde. Maar wanneer er een rimpeling is opgetreden in de ruimtetijd, bijvoorbeeld doordat er verderop in het heelal twee zwarte gaten op elkaar zijn gebotst, dan ontstaan er minieme verschillen in de eigenschappen van de twee stralen doordat de ruimtetijd buigt.

De ET-pathfinder zal onder andere worden geëxperimenteerd met het type lasers, instrumentenkoeling en het materiaal waarvan de spiegels worden gemaakt. “Nu we weten dat zwaartekrachtsgolven bestaan, en dat we ze kunnen waarnemen komt het leuke gedeelte pas. Nu zijn we hard aan het nadenken over welke nieuwe vragen we kunnen stellen, en daar zijn aanpassingen in de techniek voor nodig.”

“Binnen een dag stond elke telescoop gericht op hetzelfde punt aan de hemel”

Uiteindelijk moet de Einstein Telescoop vele malen gevoeliger worden dan de reeds bestaande detectoren. Dat betekent echter niet dat de andere detectoren daardoor ‘overbodig’ zouden worden. “In tegendeel,” zegt Hild, “een van de belangrijkste kenmerken aan dit veld is juist dat meer metingen vanaf verschillende plekken op aarde de observatie alleen maar verbeteren en de kennis verrijken.”

Hild legt dit uit aan de hand van een theoretische situatie. “De ET zal zo gevoelig worden dat deze ook de rimpelingen in de ruimtetijd kan detecteren van kleinere gebeurtenissen. Als twee neutronensterren in een baan rond elkaar komen dan veroorzaakt dit al zwaartekrachtsgolven die de ET als enige wel kan detecteren. Vervolgens kunnen dan alle andere detectoren, en andere telescopen op aarde bijdraaien om het event ‘live’ te zien.”

Bij het vorige grote ‘event’ – toen twee samensmeltende neutronensterren werden waargenomen – kon het veld al even proeven aan hoe die samenwerking voelt. “Dat was een fantastisch moment omdat er naast zwaartekrachtsgolven ook optische signalen te detecteren waren. Dat was dus voor heel veel onderzoekers interessant. Laat ik het zo samenvatten: binnen een dag stond elk apparaat op aarde met enige capaciteit gericht op dat ene punt aan de horizon. Dat is gewoon een geweldig gevoel.”

Deze collaboratieve manier van werken, waar de unieke kracht van verschillende detectoren en hun teams gecombineerd wordt, is hetgeen dat Hild het meeste trekt aan dit vakgebied. “Natuurlijk is er wat gezonde competitie – iedereen wil de beste zijn in een bepaald veld – maar uiteindelijk gaat alle data in een grote pot en doen we het allemaal om meer over onszelf en het heelal te weten te komen.”