Gravitatiegolven: wat worden de volgende stappen?

kijkmagazine

2016-02-16 16:00:24

LISA Pathfinder

De nodige experimenten zijn op komst om méér zwaartekrachtsgolven te meten dan dat ene signaal van vorige week. Een overzicht.

Vorige week brak er een nieuw tijdperk aan binnen de natuur- en sterrenkunde. Toen maakte namelijk het experiment LIGO bekend zwaartekrachtsgolven te hebben gemeten, de trillingen in de ruimtetijd die Einstein al in 1916 voorspelde. Dat eerste setje vertelde ons al verrassend veel over het heelal – maar daar hoeft het uiteraard niet bij te blijven. Een hele rits experimenten hoort ons de komende jaren en decennia van meer gravitatiegolvendetecties te voorzien.

Advanced LIGO

Het Amerikaanse LIGO mat zijn eerste gravitatiegolf in september, toen het experiment nog niet eens officieel aanstond. Die razendsnelle oogst geeft natuurlijk goede hoop op meer detecties. Wie weet zitten er zelfs al een aantal in de pijplijn, die momenteel in het diepste geheim worden geanalyseerd…

Maar dat is niet alles. De new and improved versie van LIGO die in september met zijn werk begon, Advanced LIGO, werkt namelijk nog lang niet op volle sterkte. Pas rond 2019 hoort het experiment zijn geplande gevoeligheid te bereiken. En wie weet wat we dan allemaal gaan zien.

Advanced Virgo

In KIJK 11/2015 schreven we uitgebreid over Virgo, in de buurt van de Italiaanse stad Pisa. Dat experiment zou toen bijna op zoek naar zwaartekrachtsgolven gaan onder de naam Advanced Virgo, met een batterij verbeterde hardware – maar uiteindelijk werd de herstart uitgesteld.

Het plan is nu om Advanced Virgo in de tweede helft van 2016 zijn eerste wetenschappelijke gegevens te laten verzamelen. Dat gebeurt dan als het goed is tegelijk met LIGO in de VS. Op die manier zou een nieuwe gravitatiegolf uit het heelal door beide experimenten tegelijk moeten worden opgemerkt.

Overigens is net als LIGO ook Advanced Virgo dit jaar nog niet op volle sterkte. Onder andere zal in 2018 een krachtigere laser worden geïnstalleerd, met een vermogen van 200 watt. Uiteindelijk hoort Advanced Virgo in 2020 een duizend keer zo groot gedeelte van het heelal kunnen bestuderen als vóór de serie upgrades.

BICEP3

In 2014 kwamen zwaartekrachtsgolven ook al groot in het nieuws. Toen meldde het Zuidpoolexperiment BICEP2 dat het tekenen van deze golven had gevonden in de kosmische achtergrondstraling; het eerste licht dat het heelal uitzond, zo’n 380.000 jaar na de oerknal. Helaas werd later geconcludeerd dat het bewijs hiervoor te dun was. De gemeten ‘kolkjes’ in de achtergrondstraling konden ook heel goed het gevolg zijn van stof tussen de sterren.

Dat betekent echter niet het einde voor deze manier om zwaartekrachtsgolven te ‘zien’. In 2014 en 2015 werd de opvolger van BICEP2 gebouwd, met de voorspelbare naam BICEP3. In de loop van dit jaar mogen we als het goed is de eerste resultaten verwachten. En dan maar afwachten of het BICEP-team zich kan revancheren met een meting die wél overeind blijft, en die ons dan hopelijk meer vertelt over hoe het heelal zich vlak na de oerknal gedroeg.

Spiegel BICEP3

KAGRA

Japan is al jaren druk in de weer met zijn eigen gravitatiegolvendetector: KAGRA. Die heeft in principe hetzelfde ontwerp als LIGO en Virgo: twee loodrecht op elkaar geplaatste tunnels waar lasers doorheen schieten.

Wat de lengte van de tunnels betreft, maakt KAGRA nog niet zoveel indruk: die zijn met 3 kilometer even lang als de tunnels van Virgo en een kilometer korter dan die van LIGO. Het KAGRA-experiment wordt echter 200 meter onder de grond gebouwd, waardoor het minder last heeft van allerlei storende invloeden. Bovendien moet de detector uiteindelijk gaan werken bij extreem lage temperaturen, wat de gevoeligheid nog verder vergroot.

KAGRA

Afgelopen november werd KAGRA onthuld; binnenkort zou een eerste test moeten plaatsvinden bij kamertemperatuur. Als alles goed gaat, wordt de detector ergens in 2017 afgekoeld voor het échte werk.

Einstein Telescope

De overtreffende trap van LIGO en Virgo moet de Einstein Telescope gaan worden: een gravitatiegolvenexperiment met armen van 10 kilometer, dat net als KAGRA ondergronds gebouwd moet worden. En, zoals we in KIJK 11/2015 al schreven: ons eigen Limburg zou een heel geschikte locatie zijn.

Wel zou dit een project zijn van meer dan een miljard euro. Destijds zei natuurkundige Jo van de Brand daarover in KIJK: “Ik heb niet de illusie dat we dat geld zomaar toebedeeld krijgen. We moeten dan eerst laten zien dat we met de huidige detectoren gravitatiegolven kunnen waarnemen.” En dat laatste is nu dus gelukt met LIGO, waardoor de lobby voor een enorme Limburgse gravitatiegolventelescoop een flinke steun in de rug heeft gekregen. Dus wie weet…

eLISA

Nog zo’n ambitieus project is eLISA: een netwerk van ruimtescheepjes die samen zwaartekrachtsgolven moeten gaan meten. Ook hier gaat het om een project van minstens een miljard. Vandaar dat de Europese ruimtevaartorganisatie ESA niet over één nacht ijs gaat: met behulp van het ruimtescheepje LISA Pathfinder wordt eerst uitgezocht of het concept achter eLISA wel echt werkt.

LISA Pathfinder opengewerkt

En alsof de duvel ermee speelt: vandaag, maar een paar dagen na het grote zwaartekrachtsgolvennieuws van LIGO, is LISA Pathfinder net grote stappen aan het maken. Het ruimtescheepje heeft namelijk twee kubussen van goud en platina bij zich, die gisteren en vandaag zijn losgelaten. Daardoor bevinden ze zich momenteel in een toestand van vrije val.

Vervolgens hoopt de ESA vast te stellen of de kubussen op deze manier inderdaad helemaal te isoleren zijn van alle krachten behalve de zwaartekracht. Ook moet blijken of de posities van de zwevende blokjes tot op de miljardste millimeter nauwkeurig kunnen worden bepaald. Is dat het geval, dan is daarmee een belangrijkste stap richting de échte eLISA-missie gezet.

Niet dat eLISA bij een succesvolle LISA Pathfinder-missie binnen afzienbare tijd de ruimte in zal gaan. Het geplande lanceerjaar is, hou je vast, 2034. Voorlopig is het dus interessanter om af te wachten wat LIGO en Advanced Virgo allemaal gaan zien.

Bronnen: o.a. ESA

Beeld: ESA/ATG Medialab (LISA Pathfinder), The Vieregg Lab (BICEP3), ICRR (KAGRA)







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws